Электрический сигнал и его параметры, методы выявления сигнала на фоне помех.

Сигнал определяется как напряжение или ток, который может быть передан как сообщение или как информация. По своей природе все сигналы являются аналоговыми, будь то сигнал постоянного или переменного тока , цифровой или импульсный. Тем не менее, принято делать различие между аналоговыми и цифровыми сигналами.

Цифровым сигналом называется сигнал, определённым образом обработанный и преобразованный в цифры. Обычно эти цифровые сигналы связаны с реальными аналоговыми сигналами, но иногда между ними и нет связи. В качестве примера можно привести передачу данных в локальных вычислительных сетях (LAN) или в других высокоскоростных сетях .

В случае цифровой обработки сигнала (ЦОС) аналоговый сигнал преобразуется в двоичную форму устройством, которое называется аналого-цифровым преобразователем (АЦП). На выходе АЦП получается двоичное представление аналогового сигнала, которое затем обрабатывается арифметическим цифровым сигнальным процессором (DSP). После обработки содержащаяся в сигнале информация может быть преобразована обратно в аналоговую форму с использованием цифро-аналогового преобразователя (ЦАП).

Другой ключевой концепцией в определении сигнала является тот факт , что сигнал всегда несет некоторую информацию. Это ведет нас к ключевой проблеме обработки физических аналоговых сигналов - проблеме извлечения информации.

Например, приём сигнала на фоне шума описывается в виде процедуры фильтрации сигнала посредством фильтра, при этом ставится задача максимально ослабить шумы и помехи, и минимально исказить принимаемый сигнал.

Фильтрация — это процесс обработки электрического звукового сигнала частотноизбирательными устройствами с целью изменения спектрального состава (тембра) сигнала. Задачами такой обработки могут быть:

амплитудно-частотная коррекция сигнала (усиление или ослабление от дельных частотных составляющих);

полное подавление спектра сигнала или шумов в определенной полосе частот.

Почти в любой области измерений значение предельно различимого слабого сигнала определяется шумом-мешающим сигналом,который забивает полезный сигнал.Даже если измеряемая величина и не мала,шум снижает точность измерения.Некоторые виды шума неустранимы принципиально

(например,флуктуации измеряемой величины),и с ними надо бороться только методами усреднения сигнала и сужения полосы[1].Другие виды шума(например,помехи на радиочастоте и “петли заземления”)можно уменьшить или исключить с помощью разных приемов,включая фильтрацию,а также тщательное продумывание расположения проводов и элементов схем.И, наконец,существует шум,возникающий в процессе усиления,и его можно уменьшить применением малошумящих усилителей.

Методы сужения полосы пропускания.

Эти меры принимаются для улучшения отношения сигнал/шум. Мы сужаем ширину полосы пропускания и сохраняем тем самым нужный сигнал,сократив одновременно общее количество принимаемых шумовых сигналов.

Известно несколько методов сужения полосы пропускания, получивших широкое распространение на практике:

-усреднение сигнала,

-переходное усреднение,

-метод интегрирования,

-многоканальное уплотнение,

-амплитудный анализ импульсов,

-детектирование с захватом,

-фазовое детектирование.

Все эти етоды предполагают,что сигнал является периодическим[7].

Параметры сигналов

• Мощность сигнала P(t) = s2(t)
• Удельная энергия сигнала

• Длительность сигнала T определяет интервал времени, в течение которого сигнал существует (отличен от нуля);
• Динамический диапазон есть отношение наибольшей мгновенной мощности сигнала к наименьшей:

D = 10lgPmax / Pmin

• Ширина спектра сигнала F — полоса частот, в пределах которой сосредоточена основная энергия сигнала;
• База сигнала есть произведение длительности сигнала на ширину его спектра B = TF. Необходимо отметить, что между шириной спектра и длительностью сигнала существует обратно пропорциональная зависимость: тем короче спектр, тем больше длительность сигнала. Таким образом, величина базы остается практически неизменной;
• Отношение сигнал/шум равно отношению мощности полезного сигнала к мощности шума;
• Объем сигнала характеризует пропускную способность канала связи, необходимую для передачи сигнала. Он определяется как произведение ширины спектра сигнала на его длительность и динамический диапазон

V = FTD