9. Классификация сигналов
Сигнал — физический процесс или явление, несущее сообщение о каком-либо событии, состоянии объекта либо передающей команду управления связи и оповещения. Сигнал является материальным носителем информации.
По своей физической природе могут быть:
-
Механическими (деформация объектов давления).
-
Тепловыми (изменения температуры).
-
Световыми (изменения силы света, зрительный образ).
-
Электромагнитными (радиоволны).
-
Звуковыми (акустические колебания).
-
Электрические (изменения напряжения тока).
В АСУ полиграфических производств используются Электрические и Световые. Однако при конструировании датчиков СУ с механическими и тепловыми сигналами. Сигналы могут преобразовываться из одной физической природы в другую. Информация, содержащаяся в сигнале, представляется изменением одного или нескольких параметров: Интенсивности (амплитуды), длительности, частоты, ширины спектра, фазы, времени запаздывания. В зависимости от возможности предсказания точного значения параметров сигнала в любой момент времени они делятся на два класса:
-
Детерминированные (регулярные) - возможно создание матем. модели сигнала, которая позволяет предсказывать значения его параметров в любой момент времени.
-
Случайные.
По своей форме регулярные сигналы делятся на непрерывные и дискретные. Процесс преобразования непрерывных сигналов в дискретную форму наз. квантованием сигнала. Важнейшими характеристиками случайных сигналов являются их плотности, вероятности и/или функции распределения. Для стационарного сигнала одномерная плотность вероятности не зависит от времени.
10. Импульсная модуляция сигнала.
Особенностью АСУ является наличие звеньев, превращающих непрерывные сигналы в дискретную их совокупность. Существует 3 способа: по уровню, времени, смешанные.
В импульсных СУ предусматривается модуляция трех видов:
-
амплитудно-импульсная (АИ) — период следования импульсов и длительность их постоянна, изменяется только амплитуда импульса.
-
широтно-импульсная (ШИ) — предусматривает изменение длительности (широты) импульсов в зависимости от амплитуды сигналов квантования. Амплитуда дискретных сигналов остается постоянной и может менять свою полярность.
-
импульсно-временная (ИВ) — имеет две модуляции: частотно-импульсная, фазово-импульсная. Амплитуда дискретных сигналов при этом способе модуляции при этом способе остается постоянной, а частота их следования или фаза изменяются в зависимости от амплитуды квантования сигнала.
При обработке информации в АСУ чаще всего применяется амплитудно-импульсная модуляция. Форма импульсов — прямоугольная.
11. Цифровая обработка сигналов
Аналоговый сигнал, снимаемый с датчика в АСУ, может подвергаться цифровой обработке. Для этого он сначала превращается в аналогово-цифровом преобразователе (АЦП) в цифровую форму. Затем обрабатывается в цифровом фильтре, которым, как правило, является ЭВМ. После чего может использоваться или преобразовываться в нужную форму сигнала.
Цифровая обработка сигналов (ЦОС) – это обработка цифровых сигналов цифровыми методами и цифровыми средствами.
Процесс преобразования сигналов наз. фильтрацией, а у-во, выполняющее фильтрацию, наз. фильтром. Поскольку отсчёты сигналов поступают с постоянной скоростью, фильтр должен успевать обрабатывать текущий отсчёт до поступления следующего, то есть обрабатывать сигнал в реальном времени. Для обработки сигналов (фильтрации) в реальном времени применяют специальные вычислительные у-ва — цифровые сигнальные процессоры.
Всё это полностью применимо не только к непрерывным сигналам, но и к прерывистым, а также к сигналам, записанным на запоминающие у-ва. В последнем случае скорость обработки непринципиальна, так как при медленной обработке данные не будут потеряны.
При цифровой обработке интервал между импульсами выбирают по теореме Котельникова. Она устанавливает возможность сколь угодно точного восстановления мгновенных значений сигнала с ограниченным спектром исходя из отсчетных значений (выборок), взятых через равные промежутки времени.
Схема цифровой обработки информации:
Обработка сигналов во временной области широко используется в современной электронной осциллографии и в цифровых осциллографах. Для представления сигналов в частотной области используются цифровые анализаторы спектра. Для изучения математических аспектов обработки сигналов используются пакеты-расширения (чаще всего под именем Signal Processing) систем компьютерной математики MATLAB, Mathcad.