Основы радиотехнических методов получения и передачи информации

1.

1
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«МИРЭА – Российский технологический университет»
РТУ МИРЭА
ВОЕННЫЙ УЧЕБНЫЙ ЦЕНТР
КАФЕДРА ВОЗДУШНО-КОСМИЧЕСКИХ СИЛ
Дисциплина «Военно-специальная подготовка 01»
«Основы авиационной техники»
(ВУС – 141100, 541100)
Раздел № 1. Основы построения объектов
подавления авиационными средствами
радиоэлектронной борьбы.
Тема № 1. Основы радиотехнических методов
получения и передачи информации
Занятие № 2. Методы описания сигналов и
помех
ВУЦ РТУ МИРЭА
17 февраля 2025 г.

2.

3
Вопросы:
1. Классификация
сигналов,
в
радиотехнических
системах,
их формирования.
применяемых
и
устройств
2. Характеристики детерминированных сигналов.

3.

Классификация сигналов, применяемых
в радиотехнических системах, и устройств их формирования
4
Вопрос 1.
Все множество сигналов разделяют на детерминированные
и случайные.
Детерминированные сигналы – это сигналы, мгновенные значения
которых известны на всем интервале времени их действия.
Для описания детерминированных сигналов обычно используют
математические временные функции.
Случайные сигналы – это сигналы, мгновенные значения которых
предсказуемы с вероятностью, меньшей единицы, на всем интервале
времени их действия. Для описания случайных сигналов используют
математический аппарат теории вероятности и теории случайных
процессов.
Для каналов связи РТС принято различать следующие
детерминированные сигналы:
- управляющие (модулирующие) сигналы;
- высокочастотные (несущие) гармонические колебания;
- модулированные колебания (радиосигналы).

4.

Классификация сигналов, применяемых
5
в радиотехнических системах, и устройств их формирования
Управляющие сигналы – это низкочастотные электрические
колебания, изменение параметров которых отражает передаваемую
информацию (сигналы, закон изменения параметров которых содержит
информацию). Эти сигналы не могут непосредственно использоваться
для передачи на большие расстояния, поэтому информация,
содержащаяся в них, переносится на высокочастотные колебания.
Несущие колебания – это высокочастотные гармонические
колебания, не содержащие полезной информации и порождающие ЭМВ,
распространяющиеся на большие расстояния.
В аналитической форме такие колебания представляют в виде:
u Н U mн cos( 0 t 0 )
0 - амплитуда, частота и начальная фаза колебания.
где: U mн ,
0,
,

5.

Классификация сигналов, применяемых
в радиотехнических системах, и устройств их формирования
6
Модулированные сигналы – это высокочастотные гармонические
колебания, у которых один или несколько параметров промодулированы
управляющим сигналом. Различают амплитудно-модулированные (АМ),
частотно-модулированные (ЧМ), фазомодулированные сигналы (ФМ).
Амплитудно-модулированные радиосигналы.
При АМ производится воздействие модулирующего сигнала
на несущее радиочастотное (высокочастотное) колебание, в результате
происходит пропорциональное изменение амплитуды радиочастотного
колебания. Общее выражение АМ-радиосигнала представляется в виде:
u АМ U m (t ) cos( 0 t 0 ) U mн 1 mc (t ) cos 0 t 0 .
где: U m (t ) U mн kuМ (t ) - амплитуда модулированного колебания;
mс (t )
kuМ (t )
U mн
- мгновенный коэффициент амплитудной модуляции
(повторяет закон изменения модулирующего колебания);
k – коэффициент пропорциональности.

6.

Классификация сигналов, применяемых
7
в радиотехнических системах, и устройств их формирования
Если модулирующий сигнал – гармонический вида: u м (t ) U mм cos t ,
то амлитудно-модулированный радиосигнал будет представлен в виде:
здесь m mc (t ) max kUmм U mн - коэффициент амплитудной модуляции.
Коэффициент амплитудной модуляции модуляции m не должен превышать
- коэффициент
амплитудной модуляции.
значения 1, иначе будетздесь
иметь
место перемодуляция,
приводящая
к искажению огибающей и соответственно передаваемой информации.
Временная диаграмма АМ-радиосигнала образованного с помощью
гармонического модулирующего сигнала, представлена на рис. 1.
Здесь:
U mн - амплитуда несущих колебаний;
U m - наибольшее отклонение амплитуды АМ-радиосигнала;
U m - наименьшее отклонение амплитуды АМ-радиосигнала;
TM - период колебаний модулирующего сигнала;
T0 - период несущих колебаний.
- частота модулирующего колебания;
0 - частота несущих колебаний.
max
min

7.

Классификация сигналов, применяемых
в радиотехнических системах, и устройств их формирования
u М (t )
0
u АМ (t )
t
a)
U mmax
здесь - коэффициент амплитудной модуляции.
U mmin
Umн
TM 2
0
t
T0 2 0
б)
Рис. 1. Временные диаграммы: управляющего сигнала (а)
и АМ-радиосигнала (б)
8

8.

Классификация сигналов, применяемых
9
в радиотехнических системах, и устройств их формирования
Частотно-модулированные радиосигналы (ЧМ-радиосигналы).
В таких сигналах приращение частоты несущего колебания
пропорционально мгновенному значению модулирующего сигнала uМ (t ) ,
т.е. t 0 kЧМ u М (t ) ,
где: kЧМ - коэффициент ЧМ, показывающий
на сколько
изменится
приращение
здесь - коэффициент
амплитудной
модуляции.
частоты
при
изменении
амплитуды
модулирующего
сигнала
на 1 В.
Если для формирования ЧМ-радиосигнала используется гармонический
управляющий сигнал, то общее выражение ЧМ–радиосигнала будет
следующим: uЧМ U m cos 0t чм sin t 0 .
где: чм kЧМ U mм - индекс частотной модуляции.
На рис. 2, а представлена временная диаграмма гармонического
управляющего сигнала, а на рисунке 2, б - ЧМ-радиосигнала.

9.

Классификация сигналов, применяемых
10
в радиотехнических системах, и устройств их формирования
здесь - коэффициент амплитудной модуляции.
Рис. 2. Временные диаграммы: модулирующего колебания
(а) и ЧМ-радиосигнала (б)

10.

Классификация сигналов, применяемых
11
в радиотехнических системах, и устройств их формирования
Фазомодулированные радиосигналы (ФМ-радиосигналы).
В ФМ-радиосигналах, приращение фазы ВЧ колебаний осуществляется
по закону управляющего сигнала uМ (t ) , т.е. полная фаза ФМ-радиосигнала
будет: t 0t k фм u м (t ) 0 ,
где: k фм - коэффициент ФМ, показывающий насколько изменится фаза сигнала
здесь - коэффициент
амплитудной
модуляции.
при изменении амплитуды модулирующего
сигнала на
1 В.
Известно, частота и фаза колебаний связаны между собой выражениями:
d t
t
;
dt
t
t t dt 0 ,
поэтому изменение частоты радиосигнала
0
неизменно повлечет за собой изменение фазы колебаний и наоборот.
По этой причине частотную и фазовую модуляцию принято называть угловой
модуляцией.

11.

Классификация сигналов, применяемых
в радиотехнических системах, и устройств их формирования
12
Классификация детерминированных сигналов.
I. В зависимости от способа представления (аппроксимации), реальные
детерминированные сигналы разделяют на:
- непрерывные (аналоговые) сигналы s(t), имеющие определенное
здесь - коэффициент амплитудной модуляции.
значение в любой момент времени
их действия (рис. 3,а);
- дискретные по времени сигналы s(ti), имеющие определенное значение
в фиксированные моменты времени их действия (рис. 3,б);
- квантованные по уровню сигналы sк(t) (рис. 3,в);
- цифровые сигналы sц(t) (дискретные по времени и квантованные
по уровню сигналы, представленные бинарной последовательностью, рис. 3,г).

12.

Классификация сигналов, применяемых
в радиотехнических системах, и устройств их формирования
Рис. 3. Классификация реальных детерминированных сигналов в
зависимости от способа представления (аппроксимации)
13

13.

Классификация сигналов, применяемых
14
в радиотехнических системах, и устройств их формирования
II. В зависимости от времени действия, различают непрерывные
и импульсные сигналы.
Пример непрерывного сигнала уже был рассмотрен на эпюре 3,а.
Импульсным сигналом (импульсом) называют кратковременно
действующий сигнал.
Форма импульсов может быть прямоугольная, пилообразная,
экспоненциальная, колоколообразная и т.д.
Последовательность импульсов длительностью τи и периодом повторения
Tп характеризуется важным параметром - скважностью Q Tп и (рис. 4,а).
Различают импульсные сигналы большой (Q>500), средней Q=200...500
и малой Q=5...20 скважности.
Импульсные сигналы малой скважности также называют квазинепрерывными
сигналами.

14.

Классификация сигналов, применяемых
в радиотехнических системах, и устройств их формирования
15
периодические
различают
повторяемости
степени
III. По
и непериодические детерминированные сигналы.
Периодический сигнал – это сигнал, удовлетворяющий условиям
s(t) s(t - nTп),
где: t , n 0, 1, 2,..., ;
Тп - период повторения.
Примером периодического сигнала может быть последовательность
видеоимпульсов sи(t) – на рис. 4а, а также незатухающее гармоническое
колебание (рис. 4, в).
Вместе с тем реальные сигналы всегда характеризуются конечной
длительностью существования τс tк-tн, и поэтому с математической точки
зрения являются непериодическими (рис. 4б).
Следует также помнить, что радиоимпульсом называется радиосигнал,
ограниченный по длительности. Огибающая одиночного радиоимпульса
представляет собой видеоимпульс.

15.

Классификация сигналов, применяемых
в радиотехнических системах, и устройств их формирования
Рис. 4. Временные диаграммы: периодических сигналов
(а и в), непериодического сигнала (б)
16

16.

Классификация сигналов, применяемых
в радиотехнических системах, и устройств их формирования
17
Функционирование РТС представляет собой сложный процесс,
состоящий из совокупности целенаправленных операций формирования
и преобразования электрических сигналов в устройствах формирования
и преобразования сигналов (УФПС), составляющих РЭС.
По этой причине РТС включают в себя множество разнообразных УФПС,
классификация которых представлена на рис. 5.
Рис. 5. Классификация устройств формирования и
преобразования сигналов по типу выполняемых операций

17.

Классификация сигналов, применяемых
в радиотехнических системах, и устройств их формирования
18
В общем случае любое из этих устройств может быть описано
символическим соотношением, определяющим преобразование входного
сигнала s(t) в выходной y(t):
y(t) = Q {s(t)},
где: Q[ ] – оператор, указывающий правило, по которому осуществляется
преобразование входного сигнала.
В линейном устройстве оператор воздействует на каждый отдельный
входной сигнал si(t) независимо, постоянный множитель выходит за знак
оператора, число слагаемых никогда не может увеличиться, но может
уменьшаться. Для линейного оператора принцип суперпозиции будет иметь
следующий вид:
N
N
Q K i si (t ) K i Q si (t ) .
i 1
i 1
Линейное преобразование сигнала любой формы не сопровождается
появлением в спектре выходного сигнала гармонических составляющих с
новыми частотами, т.е. линейное преобразование не приводит к обогащению
спектра сигнала. Линейные преобразования описываются линейными
дифференциальными уравнениями.

18.

Классификация сигналов, применяемых
в радиотехнических системах, и устройств их формирования
19
Нелинейным
называется
устройство,
в
котором
оператор
преобразования Q[ ] не обеспечивает соблюдение условий аддитивности и
однородности, составляющих суть принципа суперпозиции. Функционирование
таких устройств описывается нелинейными дифференциальными уравнениями.
uвх( t)
Линейный активный
элемент
(электронный прибор
с линейной ВАХ)
iвх(t)
Пассивное ЛУ
(фильтр)
uвых( t)
Рис. 6. Структурные схемы ЛУ и НЛУ
а) Активное линейное устройство
uвх( t)
Нелинейный активный
элемент
(электронный прибор
с нелинейной ВАХ)
iвх(t)
Пассивное ЛУ
(фильтр)
б) Нелинейное устройство
Рис. 6. Структурные схемы ЛУ и НЛУ
uвых( t)

19.

Характеристики детерминированных сигналов
Вопрос 2.
Для непериодического сигнала, существующего в интервале ∆t= t2- t1
t
1 2
1. Среднее значение (постоянная составляющая) s(t ) s(t )dt ;
t t1
2. Мгновенная мощность сигнала p (t ) s (t ) s (t ) s (t ) ;
2
*
t2
t2
t2
t1
t1
t1
3. Энергия сигнала Э p(t )dt s(t ) s * (t )dt s(t ) dt ;
t
2
1 2
Э
4. Средняя мощность сигнала Pср p(t )dt .
t t1
t
20

20.

.
«Методы описания сигналов и помех»
и
и
E
,
при
t
2
2
S (t )
0, при
t и ; t и
2
2
S(t)
E
;
21
0
t
p(t ) E 2
s (t ) E
Э E 2 и
Pср E 2
и
и
2
2
Для периодического сигнала, перечисленные характеристики определяются в пределах одного
периода:
1. Среднее значение сигнала
2. Мгновенная мощность сигнала
1
s(t ) s(t )dt
T 0
T
p(t ) s (t ) s * (t ) s (t )
3. Энергия сигнала за период
4. Средняя мощность сигнала
T
T
T
Э p(t )dt s(t ) dt
2
0
0
T
2
1
1
2
Pср p(t )dt s(t ) dt
T0
T0

21.

22
Задание на самостоятельную
работу:
Изучить теоретический материал, используя следующую
литературу:
1. Радиоэлектронные средства систем управления ПВО и ВВС/ Под ред.
В.Д. Казакова. - М.:Воениздат,1987, стр. 21 - 25.
2. Основы теории РЭБ/ Под ред. Н. Ф. Николенко. - М.:Воениздат,1987,
стр. 31 - 74.
3. Ю.С. Филимонов, С.В. Филатов. Основы радиоэлектроники, часть 1. М.:МИРЭА,1996., стр. 29 - 40.
4. Основы построения объектов подавления авиационными средствами
радиоэлектронной борьбы: Учебное пособие. / Ф.Г. Машошин, А.Г. Мусихин,
Д.Н. Корабейников, В.С. Мартьянов. Московский технологический
университет (МИРЭА) – М. 2016, стр. 12 - 18.