3. Классификация полезных сигналов, классификация помех.

TINKAPUNKA edition (включает в себя классификацию помех и мат модели)

Природа помех разнообразная: шумы космических объектов, атмосферные процессы, помехи от соседних станций, индустриальные помехи и т.д. Поступивший на вход приемника сигнал может быть представлен в виде суммы: , где

– подвергнутый детерминированным или случайным преобразованиям в линии связи переданный передатчиком сигнал s(t), то есть , n(t) - аддитивная помеха

Преобразования связаны с изменениями параметров среды распространения сигналов в зависимости от погоды (температура, влажность), солнечной активности, времени года и суток и д.р. Эти изменения происходят относительно медленно и часто могут быть скомпенсированы, например, методами автоматической регулировки усиления. Эту составляющую помехи называют мультиплекативной помехой.

Аддитивные помехи n(t) более опасны. По своему происхождению они делятся на внутренние, возникающие в устройствах канала, и внешние, поступающие от посторонних источников.

Внутренние помехи обусловлены в основном тепловыми шумами (случайными движениями электронов в проводниках) и дробовыми шумами (фюктуациями числа носителей тока, преодолевающих потенциальный барьер в электронных устройствах).

Тепловые шумы в принципе неустранимы. Их можно уменьшить, понижая температуру «сильно шумящих» элементов.

Дробовые шумы можно снижать путем рационального построения элементов схемы, но полностью устранить также нельзя.

Наводки от соседних элементов схем из-за плохой экранизации также относятся к внутренним помехам.

Внешние помехи играют существенную роль при радиосвязи.

Относительно грубую характеристику помех дают их частотные спектры. По этому признаку они делятся на широкополосные помехи (их спектр значительно шире спектра сигнала) и узкополосные помехи (их спектр соизмерим или уже спектра сигнала).

По своей временной структуре помехи делятся на гладкие и импульсные. У гладких помех огибающая мгновенных значений с большой вероятностью находятся вблизи от своего среднего значения, а у импульсных – наоборот.

Наиболее полную характеристику помех дают их описания как случайных процессов (многомерными плотностями распределения их параметров). Однако для такого описания на практике не достаточно данных о помехах. Поэтому часто ограничиваются одномерными плотностями w(x) распределения мгновенных значений помех и переменными характеристиками: средним значением m(t) и дисперсией .

Белый шум — (теоритическая модель) стационарный шум, спектральные составляющие которого равномерно распределены по всему диапазону задействованных частот. Имеет одинаковую спектральную мощность на всех частотах. автокорреляционная функция - дельта-функция

SLAVA ONOPRIENKO edition

Под помехой по­нимается сигнал, однородный с измерительным и действующий одновременно с ним. Его присутствие приводит к появлению погрешности измерения. Классификация помех возможна по ряду признаков.

Классификация помех

По месту возникновения помехи делятся на внеш­ние и внутренние. Причиной возникновения внешних помех являются природные процессы и работа раз­личных технических устройств. Последние создают так называемые индустриальные помехи. Внутренние помехи обусловлены процессами, происходящими при работе самого средства измерений.

В зависимости от вида включения источников по­мехи и измерительного сигнала в эквивалентных схе­мах средств измерений различают помехи общего вида (синфазные) и помехи нормального (последователь­ные) вида.

Источник помехи общего вида включен между общими точками (корпусами) схем объекта измерений и СИ. Источник помехи нормального вида включен последовательно во входную цепь СИ.

По виду частотного спектра помехи делятся на бе­лый и розовый шумы. Спектральные составляющие бе­лого шума равномерно распределены по всему частот­ному диапазону. У розового шума спектральная мощность, приходящаяся на декаду частоты, постоянна.

По основным свойствам помехи можно разделить на три вида: флуктуационные, сосредоточенные и импульсные.

Флуктуационные помехи представляют собой хаоти­ческое, беспорядочное изменение во времени сигнала, однородного с измеряемым, в каком-либо месте средст­ва измерений. Такие помехи часто называют шумом.

• тепловой (шум Джонсона), по своим свойствам близкий к белому шуму. Тепловой шум генерируется любым резистором, находящимся в измерительной цепи. Значение его состоит в том, что он устанавлива­ет нижнюю границу напряжения шумов любого изме­рительного преобразователя, имеющего выходное со­противление;

• дробовый, обусловленный движением электро­нов — дискретных носителей электрического тока. Он имеет равномерный спектр, т. е. является белым;

• фликкер-шум. К данному виду относят шумы, у которых спектральная мощность на декаду частоты примерно постоянна, т. е. розовые шумы, например шум постоянного резистора, пропорциональный про­текающему через него току, шум тока базы транзи­стора и др.

Влияние флуктуационной помехи уменьшается при усреднении суммы измерительного сигнала и по­мехи. Максимальное уменьшение влияния флуктуационной помехи на результат измерения возможно в том случае, когда спектральная плотность помехи по­стоянна в пределах полосы пропускания средства измерений, т.е. помеха имеет характер белого шума.

Сосредоточенными называют помехи, основная часть мощности которых сосредоточена на отдельных участках диапазона частот, меньших полосы пропус­кания СИ. Помехи, наводимые в измерительных це­пях СИ от промышленной силовой сети частотой 50 Гц, являются сосредоточенными. Эффективность их подавления в значительной мере определяется дос­товерностью априорных данных о частотном спектре.

Импульсными помехами называется регулярная или хаотическая последовательность импульсных сигна­лов, однородных с измерительным сигналом. Источниками таких помех являются цифровые и коммутируюшие элементы СИ или работающего рядом с ними устройства. Характерный пример импульсных помех — помехи от устройств зажигания двигателей внутрен­него сгорания. Импульсные и сосредоточенные поме­хи часто называют наводками.