69037

Физические и математические модели непериодических сигналов. Временное и спектральное представление

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Физические и математические модели непериодических сигналов. Физические модели непериодических сигналов. Математические модели непериодических сигналов. Спектральное представление непериодических сигналов и его свойства.

Русский

2014-09-29

231 KB

3 чел.

Практическое занятие 2.5

Тема 2. Сообщение и сигнал.

Занятие 5. Физические и математические модели непериодических сигналов. Временное и спектральное представление.

Физические модели непериодических сигналов.

Математические модели непериодических сигналов. Временное представление.

Спектральное представление непериодических сигналов и его свойства.

/1/. 29-36

/2/. 19-25

/3/. 43-48


Учебные вопросы.

Физические модели непериодических сигналов.

В природе все сигналы имеют конечную длительность и, как следствие, являются непериодическими. Однако принято считать непериодическими детерминированные сигналы неповторяющейся формы, а если форма сигналы многократно повторяется с постоянным периодом, то его принимают за периодический сигнал.

Источниками непериодических сигналов могут быть как генераторы, так и любые другие радиотехнические устройства.

Математические модели непериодических сигналов. Временное представление.

Кроме сигнала вида (2.3.3) — отрезок синусоиды — практический интерес представляют сигналы:

одиночный прямоугольный импульс;  (2.5.1)

бесконечно короткий импульс (дельта-функция)  (2.5.2)

колокольный “гауссов” импульс  (2.5.3)

Спектральное представление непериодических сигналов и его свойства.

Математические основы спектральной теории непериодических сигналов.

Воспользуемся соотношениями (2.4.11) и (2.4.12) для непериодического сигнала  применительно к некоторому произвольному отрезку , включающему интервал  (рис. 2.5.2):

(2.5.4)

где  (2.5.5)

Подставив в (2.5.5) в (2.5.4), получим

(2.5.6)

где . Ранее было оговорено, что ряд вида (2.5.4) соответствует периодической функции. Чтобы вне отрезка функция равнялась нулю, . При этом , а количество составляющих, входящих в ряд Фурье, будет неизменно большим, так как интервал между составляющими . Спектр становится сплошным.

Совокупность бесконечного числа бесконечно малых по амплитуде гармонических составляющих и образует сплошной спектр исходного непериодического сигнала  — рис 2.5.2.

В условиях сплошного спектра в (2.5.6) заменяем

на

на

знак  на знак .

Таким образом  (2.5.7)

Внутренний интеграл

(2.5.8)

называется комплексной спектральной плотностью или спектральной характеристикой функции .

В общем случае

(2.5.9)

После подстановки в (2.5.7)

 (2.5.10)

Выражения (2.5.9) и (2.5.10) называются соответственно прямым и обратным преобразованиями Фурье.

Выражения (2.4.12) и (2.5.9) отличаются только множителем . Следовательно, спектральная плотность  обладает всеми основными свойствами коэффициентов  комплексного ряда Фурье. Поэтому можно записать:

,

где   (2.5.11)

(2.5.12)

 (2.5.13)

Выражение (2.5.12) определяет амплитудный спектр сигнала, выражение (2.5.13) фазовый спектр сигнала.

Преобразования Фурье обладает рядом удобных свойств:

Сдвигу сигнала на время  соответствует приращению ФЧХ на величину :  (2.5.14)

Сжатию сигнала во времени в  раз соответствует расширение амплитудного спектра в  раз с одновременным уменьшением модуля спектральной плотности в  раз:  (2.5.15)

Операции дифференцирования и интегрирования сигнала отображаются преобразованиями:

Сложение сигналов обуславливает сложение спектров:

Произведение двух сигналов:    (2.5.17)

Между энергией сигнала и его спектральной плотностью устанавливается соотношение (равенство Парсеваля):   (2.5.18)

Примеры спектрального представления непериодических сигналов.

Одиночный прямоугольный импульс:

, (2.5.19)     где функция вида  относится к системе ортогональных функций Котельникова (рис 2.5.3) Из рисунка следует, что при  ширина лепестка увеличивается (спектр шире!) при  спектр сужается.

Дельта-функция  (2.5.20)  равномерная плотность по всей оси частот — закономерный результат, подчеркивающий справедливость рассуждений по предыдущему примеру.

Гауссов импульс  (2.5.21)    где  Видно, что форма спектра (гауссова) повторяет колокольную форму сигнала. При  сигнал вырождается в дельта функцию, при  спектр сужается.

Отрезок синусоиды.

Можно показать, что амплитудный спектр сигнала описывается функцией  при симметрии относительно частоты  — заполнения (прямоугольного импульса).

Таким образом, модуль спектральной плотности одиночного импульса и огибающая линейчатого спектра  периодической последовательности, полученной путем повторения данного импульса, совпадает по форме и отличается только масштабом.

где  — спектр одиночного импульса.

— период последовательности.

Важно, что спектр сигнала конечной длительности бесконечен, а конечным может оказаться спектр только бесконечного по длительности сигнал.

Пример использования спектральной теории для сравнительной оценки видов сигналов, приведен в задаче 1.1.16  /6, с. 11, 151 /.

Гоноровский. Преобразование спектров.

Сдвиг колебаний во времени  если всем составляющим спектра дать фазовое приращение,  , то функция сдвигается во времени на .

Изменение масштаба времени  С расширением спектра в  раз, (в результате сжатия временной функции в  раз) уменьшается в  раз модуль спектральной плотности

Расширение спектра  соответствует временной функции:  т. е. Умножение  на (модулирующую) несущую.

Сложение колебаний   Принцип суперпозиции.

Произведение колебаний:

 


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

43892. Решение задачи многокритериальной оптимизации, проектирование и разработка ПК 1.54 MB
  Существование решения основной ЗЛП и способы его нахождения. Этапы решения МЛП. В рамках теории принятия решений разработан конструктивный аппарат решения задач такого рода. Настоящая дипломная работа посвящена разработки программного обеспечения процесса решения задач МЛП основанного на некоторых известных методах.
43894. АПРОБАЦІЯ СИСТЕМИ УПРАВЛІННЯ ЯКІСТЮ ПРОДУКЦІЇ У ФАРМАЦЕВТИЧНИХ КОМПАНІЯХ НА ПРИКЛАДІ ЗАТ «БІОЛІК» 1.37 MB
  З іншого боку важливим чинником що визначає спрямованість України до правової держави та верховенства права є її європейський вибір та вступ до СОТ. Такою зокрема є фармацевтична i медична діяльність бізнессередовище тобто діяльність у сфері обігу виробництва виготовлення збуту обліку призначення продажу введення тощо лікарських засобів далі – ЛЗ важливими аспектами якої є забезпечення належної якості та ефективності ЛЗ засобами державного контролю Міністерство внутрішніх справ України Міністерство охорони здоров’я...
43895. Финансовая (бухгалтерская) отчетность организации, ее место в системе экономической информации на примере ЗАО БалаковоВолгоэнергомонтаж 258 KB
  Способы анализа баланса. Анализ ликвидности баланса. Собственникам руководителям организации данные баланса необходимы для контроля за наличием и структурой хозяйственных средств и их источников для определения сумеет ли предприятие в ближайшее время выполнить свои обязательства перед третьими лицами акционерами инвесторами кредиторами покупателями поставщиками и другими или оно находится на грани финансовых затруднений. Покупатели и держатели акций предприятия в большей мере оценивают финансовую устойчивость организации...
43896. Проектування автодороги Кіровоград – Кривий Ріг на обході с.м.т. Новгородка 1.06 MB
  Інтенсивність дорожнього руху. Взаємозв’язок коефіцієнту зчеплення з транспортно експлуа таційним станом покриття та режимами руху. Рекомендації БЕЗПЕКА ТА ОРГАНІЗАЦІЯ РУХУ. Оцінка безпеки руху методом підсумкових коефіцієнтів безпеки.
43897. Теоретические и практические аспектам маркетинговой деятельности СОАО «ВСК» и разработки стратегии дальнейшего развития 1.03 MB
  Во второй части работы проведен финансовый анализ СОАО ВСК в том числе дается характеристика предприятия проанализирована динамика и структура страховых услуг представлен анализ прибыли и рентабельности дается оценка финансовой устойчивости проведен анализ динамики и структуры бухгалтерского баланса. Он включает в себя: 1 определение размера страхового покрытия перечня страхуемых рисков а также страховых сумм и условий осуществления выплат; 2 расчет страховой премии и определение...
43898. Анализ и выявление пути совершенствования внешнеэкономической деятельности РУП «Гродноэнерго» 1.16 MB
  При обретении независимости в 1991 году Беларусь была одной из богатейших республик СНГ по показателям доходов на душу населения, что отражало устойчивый рост, происходивший в республике в 70-е и начале 80-х годов. Она развила промышленность, доля которой в ВВП превратила Беларусь в одну из самых индустриализированных стран мира.
43899. Разработка рекомендаций по совершенствованию методики оценки кредитоспособности заемщика ОАО «Московский индустриальный банк» 5.4 MB
  Первый вопрос связан с анализом финансового состояния предприятия а второй носит юридический характер а также связан с личными качествами руководителя предприятия. Способность своевременно возвращать кредит оценивается путем анализа баланса предприятия на ликвидность эффективного использования кредита и оборотных средств уровня рентабельности а готовность определяется посредством изучения дееспособности заемщика перспектив его развития деловых качеств руководителей предприятий. В связи с тем что предприятия значительно различаются по...