Детектирование импульсно-модулированных сигналов

Особенностью ИМ сигналов является наличие в их спектре низкочастотных составляющих модулирующего сигнала. Поэтому для детектирования данных сигналов нелинейный элемент не используется. Детектирование осуществляется фильтром, с помощью которого выделяются составляющие модулирующего сигнала. Для этого граничные частоты фильтра должны быть равны наименьшей Fmin и наибольшей Fmax частоте спектра модулирующего сигнала. Детектирование первичных (низкочастотных) сигналов осуществляется ФНЧ.

А) Детектирование АИМ сигналов. Если скважность импульсов АИМ сигнала велика q>>1, то детектирование осуществляется пиковым детектором.

Пиковым детектором — называется амплитудный детектор, выходное напряжение которого пропорционально амплитуде импульсов и сохраняется приблизительно постоянным на интервале периода следования импульсов Т.

В спектре ФИМ сигналов уровень составляющих частоты модуляции незначителен, а также он зависит от частоты модуляции. Поэтому непосредственно ФИМ сигналы детектировать ФНЧ нельзя. Предварительно эти сигналы преобразуются в ШИМ или ЧИМ сигналы, а затем детектируются ФНЧ. Однако, для преобразования ФИМ сигнала необходимо вместе с ним передавать синхронизирующие тактовые импульсы, а это усложняет схему детектора.

Для увеличения помехоустойчивости в приемнике принятые импульсно модулированные сигналы подвергают регенерации.

Регенерация— процесс восстановление формы импульсов.

На рисунке 63 представлены временные диаграммы, поясняющие регенерацию импульсно модулированного сигнала. На рисунке 63, а представлен передаваемый импульсно-модулированный сигнал Sм_пер(t). На рисунке 63, б представлен принятый сигнал Z_пр(t). Форма этого сигнала искажена вследствие воздействия флуктуационных и импульсных помех в канале связи. Регенерация осуществляется путем ограничения амплитуды импульсов по максимуму и минимуму на уровне близком к половине пикового значения импульсов (рисунок 63, в). При регенерации возможно искажение принятого сигнала вызванное большой амплитудой импульсной помехи, однако, большая часть помех подавляется.

Поскольку при регенерации осуществляется ограничение амплитуды импульсов, то регенерации не могут подвергаться АИМ сигналы, т. к. амплитуда этих сигналов является информационным параметром.

Рисунок 63 - Регенерация импульсно-модулированных сигналов

№12Автогенераторы синусоидальных колебаний на транзисторах. Стабилизация частоты.

Автогенераторы синусоидальных колебаний по виду элементов, вхо­дящих в звенья обратной связи, подразделяются на автогенераторы LC-типа (высокочастотные) и автогенераторы RC-типа ( низкочастотные).

Автогенераторы LC-типа. Принцип действия автогенератора LC-типа рассмотрим на примере устройства, схема которого изображена на рис. 2, а. В этом автогенераторе усилитель собран на биполярном транзис­торе VT ивключен по схеме с общим эмиттером. Звеном обратной связи является резонансный контурL_БС_Б, включенный в базовую цепь тран­зистора. Катушка резонансного контура L_B индуктивно связана с катушкойL_K, включенной в коллекторную цепь транзистора. В свою очередь катушка L_K индуктивно связана с L_B, с которой снимается выходное напряжение.

Первоначально колебания в автогенераторе возникают из-за флуктуации тока в транзисторе, колебательном контуре или при подаче напряжения питания. По этим причинам появляются слабые колебания с частотой ω₀ = 1/√L_БС_Б , которые в отсутствие положительной обратной связи должны были бы прекратиться из-за

Рис. 2. Автогенератор LC–типа: а – схема; б – возникновение колебаний в автогенераторе; в – амплитудная характеристика усилителя

потерь энергии в контуре. Но при наличии положительной обратной связи этого не происходит. Действительно, появившееся на контуре напряжение u_б усиливается транзистором. Эти колебания через катушку L_K, индуктивно связаны с катушкой L_Б, вновь возвращаются в колебательный контур. Размах колебаний быстро нарастает (см. рис. 2, б), что соответствует условию Кb > 1. По мере роста амплитуды напряжения в цепи базы транзистора из-за нелинейности амплитудной характеристики (участок ab на рис. 2,б) коэффициент усиления начинает уменьшаться и произведение Кb становится равным единице. При этом появляются колебания с постоянной и автоматически поддерживаемой на требуемом уровне амплитудой, что соответствует установившемуся стационарному режиму автоколебаний.

Условие баланса амплитуд в автогенераторе сводится к тому, что на резонансной частоте ω₀ потери энергии в контуре компенсируются энергией, вносимой в колебательный контур источником питания E_Кчерез катушку L_K. Отметим, что баланс амплитуд обусловливает не­изменную амплитуду стационарных колебаний.

Условие баланса фаз в рассматриваемом автогенераторе осущес­твляется при сдвиге фаз выходного напряжения усилителя и звена обратной связи на 180°, что видно из (5): j =-y.

Практически это условие выполняется соответствующей намоткой индуктивных кату­шек L_K и L_Б(направления намотки витков катушек резонансного кон­тура и коллекторной цепи должны быть противоположными). Так же как и баланс амплитуд, баланс фаз поддерживается в автогенераторе автоматически. Каждый из сдвигов фаз в условии (5) зависит от частоты по-разному, но для появления колебаний существует только одна частота, на которой выполняется условие баланса фаз, равная резонансной частоте контура. Таким образом, условие баланса фаз определяет частоту генерируемых колебаний.

Если условия самовозбуждения выполняются не только для одной частоты, а для нескольких частот или какой-то полосы частот, то появятся колебания сложной формы (в том числе прямоугольной), состоящей из нескольких гармонических или большого числа гармоник.

Высокими техническими показателями обладают LC-автогенера­торы, в которых в качестве усилителей используются операционные усилители (ОУ). В связи с очень высоким коэффициентом усиления ОУ кроме положительной обратной связи, где используется LC-контур, вводится достаточно глубокая отрицательная обратная связь, что существенно повышает стабильность работы автогенератора. При­нципиальная схема такого автогенератора на ОУ изображена на рис. 3.

Рис. 3. Схема автогенератора LC–типа на операционном усилителе

Резисторы R₁, R₂ и R_t образуют цепь отрицательной обрат­ной связи. Резонансный LC-контур и резисторR₃ включены в звено с положительной ОС.

Для стабилизации амплитуды выходного напряжения в звене от­рицательной обратной связи используют терморезистор R_t. При уве­личении, например, выходного напряжения автогенератора по какой-либо причине ток через терморезистор R_t,возрастает, а его сопротив­ление уменьшается. В результате коэффициент усиления усилителя уменьшается. Переменный резистор R₂ необходим для точной регули­ровки выполнения условия баланса амплитуд.

Автогенераторы RС-типа.Для получения гармонических колеба­ний низкой и инфранизкой частот (от нескольких сотен килогерц до долей герц) применяют автогенераторы, у которых в качестве звеньев обратных связей используются RС -четырехполюсники. Такие автоге­нераторы получили название автогенераторов RС-типа. Применение RС-четырехполюсников вызвано тем, что LC-контуры на таких час­тотах становятся громоздкими, а их добротность, ниже необходимых требований. С помощью автогенераторов RС-типа можно получать колебания и высокой частоты вплоть до 10 МГц. Однако преимущест­ва автогенераторов RС-типа проявляются именно на низких и инфранизких частотах. В этом частотном диапазоне за счет применения резисторов и конденсаторов автогенераторы RС-типа обладают бо­лее высокой стабильностью, имеют меньшие габариты, массу и стои­мость, чем LС-автогенераторы. Для создания автогенераторов RC-типа широко используют биполярные и полевые транзисторы и ОУ.

В соответствии со структурной схемой автогенератора, изображен­ной на рис. 1, автогенератор RС-типа содержит усилитель на тран­зисторе или ОУ и звено обратной связи, являющееся частотно-зависи­мой RС-цепью. Как правило, такими частотно-зависимыми цепями являются Г-образные RС-цепи (рис.4,а,б), мост Вина (рис. 4,в).

Автогенератор RС-типа с Г-образным RС-звеном обратной связи представляет собой однокаскадный транзисторный усилитель, охвачен­ный обратной связью (рис. 5, а). Как известно, в однокаскадном усили­те без обратной связи входное и выходное напряжения сдвинуты по фазe на 180°. Если выходное напряжение этого усилителя подать на его вход, то получится 100%-я отрицательная обратная связь. Для соблюдения баланса фаз, т.е. для введения положительной обратной связи в усилителе, выходное напряжение, прежде чем подать его на вход усилителя, необходимо сдвинуть по фазе на 180°. Если считать, что входное сопротивление усилителя очень большое, а выходное очень малое, то фазовый сдвиг на 180° можно осуществить с помощью трех одинаковых RС-звеньев, каждое из которых изменяет фазу на 60°.

Расчеты показывают, что баланс фаз в звене происходит на частоте f₀ =1/(15,4 RC), а баланс амплитуд — при коэффициенте усиления К ≥ 29. Если в рассматриваемом автогенераторе поменять местами резисторы и конденсаторы (рис. 5, б, то генерация автоколебаний будет на частоте f₀ =0,39/RC при коэффициенте усиления К≥11,8.

а) б)

Рис. 5. Схема автогенератора RC-типа с фазосдвигающей Г-образной RС-цепью (а), с Г-образным RС-звеном обратной связи, в котором R и С поменя­ли местами (б)

Отметим, что Г-образные RС-цепи иногда выполняют с количеством звеньев больше трех (чаще всего четырехзвенные). Увеличение частоты генерации можно добиться при смене мест резисторов и конденсаторов в RС-цепи того же генератора.

Для изменения частоты генерации в рассматриваемом генераторе необходимо изменять одновременно либо все сопротивления R, либо все емкости С. Заметим, что автогенераторы с Г-образными RС-цепями работают обычно на фиксированной частоте или, в крайнем слу­чае, в узком перестраиваемом диапазоне.

Рассмотренный автогенератор RС-типа имеет ряд недостатков:

1) цепь обратной связи сильно шунтирует усилительный каскад, вследст­вие чего снижается коэффициент усиления и нарушается условие баланса амплитуд, т.е. возникающие колебания могут быть неустойчивыми;

2) генерируемые колебания имеют значительное искажение фор­мы, вызванное тем, что условия самовозбуждения выполняются для гармоник с частотой, близкой к f₀. Это объясняется отсутствием стро­гой избирательности к основной частоте Г-образных RС-цепей.

Для построения RС-автогенераторов широко используются опе­рационные усилители (рис. 6). В данной схеме усилитель должен обладать малым входным и выходным сопротивлением и создавать сдвиг фазы на 180°. Для этого ОУ охвачен частотно-независимой ООС, которая введена с помощью резистора R3. Эта цепь настолько умень­шает входное сопротивление ОУ, что в первом приближении можно, считать, что фазосдвигающая цепь работает на нулевое входное сопротивление.

Рис. 6. Схема автогенератора RC-типа на опе­рационном усилителе

Для возникновения устойчивых автоколебаний при изменениях параметров элементов необходимо, чтобы К_Ug > 1,

где К_U — коэффициент усиления ОУ; g — затухание, вносимое частотно-избирательной цепью.

В то же время для получения минимальных искажений синусои­дального сигнала требуется, чтобы К_Ug » 1.

Перестройка частоты автоколебаний цепочечных генераторов зат­руднена, поэтому их обычно используют только для работы на фикси­рованной частоте.

На рис. 7, а изображена принципиальная схема RС-автогенератора на ОУ с мостом Вина в цепи положительной обратной связи. Мост Вина состоит из резисторов R₁, R₂ и конденсаторов С₁, С₂. На частоте f₀ = \/(2πRC), где R = R_l =R₂,а С = С₁ = С₂ , мост Вина имеет коэффициент передачи b =1/3 и нулевой угол сдвига фаз (см. рис. 6, в).

а) в)

Рис. 7. Автогенератор RС-типа с мостом Вина на операционном усили­теле:

а — схема автогенератора, б — амплитудно-частотная и фазочастотная характеристики моста Вина

В таком генераторе мост Вина включают между выходным выводом ОУ и его неинвертирующим входом, чем достигается введе­ние положительной обратной связи. В автогенераторе с мостом Вина ОУ должен иметь коэффициент усиления K_Uoс ≥ 3. У ОУ коэф­фициент усиления много больше трех. Следовательно, форма синусоидальных колебаний может быть сильно искажена. Во избежание этого вводят сильную отрицательную обратную связь, т.е. K_Uoс =1+(R₃+R_t+R₄). Наличие терморезистора R_t стабилизирует амплитуду выходного сигнала и снижает нелинейные искажения. Для регулирования частоты f₀ изменяют либо сопротивление обоих резисторов R_l,R₂ либо емкости конденсаторов С₁ и С₂ моста Вина.

Следует отметить, что автогенератор с мостом Вина обеспечивает простую перестройку частот в широком диапазоне их изменения. По этой причине автогенератор RC-типа с мостом Вина чаще других автогенераторов применяют для получения синусоидальных колебаний в диапазоне от 1 до 10⁶ Гц.

№ 13 Радиоприемные устройства. Преобразование частоты. Супергетеродинная схема.

Радиоприемным называется устройство, предназначенное для приема сообщений, передаваемых с помощью электромагнитных волн (ЭМВ) в радиочастотном и оптическом диапазонах.

Основными функциями РПрУ являются:

1. Улавливание радиоволн и преобразование энергии электромагнитного поля в энергию электрических колебаний. Эту функцию выполняет антенна РПрУ.

2. Отделение полезного стгнала от мешающих воздействий других радиостанций и помех различной природы, что осуществляется с помощью фильтров.

3. Усиление и преобразование радиосигнала в напряжение (ток) с частотой модулирубщего колебания.

4. Воспроизведение переданного сообщения в виде звука, изображения на экране, записи текста и т.п.

1.2. Классификация РПрУ.

В зависимости от признаков, положенных в основу классификации, существует множество различных приемников. По основному функциональному назначению РПрУ делят на профессиональные и вещательные (бытовые). К профессиональным РПрУ относят связные, телевизионные (в системах передачи информации), телеметрические, локационные, телеуправления и др. Вещательные приемники обеспечивают прием программ звукового и телевизионного вещания. Их массовое производство и необходимость относительной дешевизны обуславливают сравнительно простые технические решения. В зависимости от сложности и качества они делятся на классы. Среди связных различают РПрУ космических, магистральных, внутризоновых, местных, технологических и других радиосистем. В зависимости от места установки РПрУ могут быть стационарными, бортовыми, автомобильными, переносными и т.д. По виду принимаемых сигналов выделяют приемники непрерывных и дискретных сигналов; по виду модуляции (или манипуляции для приемников дискретных сигналов): с амплитудной (АМ), однополосной (ОМ), частотной (ЧМ) и фазовой (ФМ) модуляцией, различными видами импульсной модуляции и т.п. По диапазону частот принимаемых сигналов различают приемники НЧ, СЧ, ВЧ, ОВЧ, УВЧ, СВЧ, а также приемники оптического диапазона. Радиовещательные приемники обычно классифицируют по диапазону длин волн: ДВ, СВ, КВ, УКВ. Приемники дециметровых, сантиметровых и миллиметровых волн используются в радиолокации и спутниковых системах связи. Радиоприемники можно классифицировать также по способу питания (сетевые, от батареи), конструктивному выполнению и др.

Усилитель предназначен для увеличения мощности сигнала, подведенного к его входу, что происходит благодаря преобразованию энергии источника питания в энергию выходного сигнала. Поэтому основным показателем, характеризующим усилительные свойства усилителя, является коэффициент усиления по мощности, который всегда больше единицы: ,

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) представляет собой зависимость модуля коэффициента усиления по напряжению (2.1) от частоты, а фазо-частотная (ФЧХ) показывает зависимость фазового сдвига между выходным и входным напряжениями от частоты.

Типичный вид АЧХ и ФЧХ усилителей низкой частоты (УНЧ) показан на рис. 2.2, а и б:

Рис.2.2б На рис. 2.2 в, для сравнения приведена АЧХ резонансного усилителя (РУ) радиочастоты, характерной особенностью которого является выраженный максимум коэффициента усиления на резонансной частоте f0. Очевидно, усиленный сигнал не искажается, если каждая составляющая спектра усиленного сигнала имеет одинаковый коэффициент усиления и сдвигается усилителем на равное время, определяемое временем запаздывания. При этом идеальные АЧХ и ФЧХ показаны пунктирными линиями соответственно на рис. 2.2, а (в) и 2.2 б.

Рис.2.2в

Для количественной оценки амплитудно-частотных искажений используют коэффициент частотных искажений , (2.2) где - коэффициент усиления по напряжению на частоте, на которой оцениваются частотные искажения; - коэффициент усиления в области средних частот для УНЧ или резонансный коэффициент усиления для РУ. Учитывая, что АЧХ усилителей обычно нормируются: , из 2.2 имеем , где - значение нормированной АЧХ на частоте . Амплитудно-частотные и фазочастотные искажения относятся к классу линейных искажений, так как не добавляют в выходной сигнал новых спектральных составляющих, а лишь изменяют их соотношение. Нелинейные искажения возникают в усилительных каскадах из-за нелинейности вольт-амперной характеристики (ВАХ) усилительного элемента, определяющего зависимость выходного тока от входного напряжения (проходная характеристика, рис. 2.3.). Рис.2.3

К другим показателям качества относятся: - диапазон рабочих частот, определяемый коэффициентом перекрытия диапазона ; - время настройки на принимаемую частоту; - помехоустойчивость – способность приемника обеспечивать требуемое качество приема при действии различных помех; - электромагнитная совместимость с другими средствами радиосвязи; - конструктивно-эксплуатационные характеристики; - производственно-экономические характеристики.

Глава 3. Структурные схемы радиотракта приемника Структурные схемы приемников различаются прежде всего построением радиотракта. Наиболее простым является приемник прямого детектирования (детекторный), структура которого представлена на рис.3.1.

Перестраиваемая входная цепь (ВЦ) осуществляет частотную избирательность и настройку приемника на частоту принимаемого сигнала. Детектор (Д) преобразует принимаемые модулированные сигналы в напряжение, соответствующее передаваемому сообщению. В последетекторном тракте реализуется необходимое усиление низкочастотного сигнала.

Преобразователь частоты (ПрЧ электрическая цепь, осуществляющая преобразование частоты^[1] и включающая гетеродин, смеситель и полосовой фильтр (в отдельных случаях полосовой фильтр может отсутствовать)

Устройство и принцип действия[править | править вики-текст]

Схема однолампового преобразователя частоты на советском гептоде 1А1П

Функционально преобразователь частоты включает в себя три составные части — гетеродин, смеситель и выходной полосовой фильтр. Гетеродин представляет собой генератор сигнала синусоидальной формы, настраиваемый, либо с фиксированной частотой. Смеситель — основная часть преобразователя, нелинейное электронное устройство, в котором происходит образование нужного спектра. Принцип действия смесителя состоит в том, в результате нелинейных процессов образуются комбинационныегармоники, частоты которых равны разностям или суммам частот гармоник входных сигналов, либо частот кратных частотам исходных гармоник. Амплитуды полученных комбинационных гармоник пропорциональны амплитудам исходных, таким образом, каждый из наборов комбинационных гармоник (разностных, суммарных, разностных и суммарных кратным) эквивалентен спектру входного сигнала, сдвинутому по частоте. Полосовой фильтр предназначен для селекции нужного набора гармоник, обычно выполнен по стандартной схеме полосового фильтра на LC-элементах.

Конструктивно преобразователь частоты может быть выполнен в виде единого устройства, в том числе на интегральной микросхеме с дополнительными элементами, в виде двух блоков (блок гетеродина и блок смесителя с фильтром) либо, в некоторых случаях, в разнесённом виде, например, в установках для измерения ослаблений смеситель и фильтр представляют собой обособленные устройства, а в качестве гетеродина используется сторонний измерительный генератор, не входящий в комплект установки.

Характеристики преобразователей частоты[править | править вики-текст]

· По частотным свойствам возможны два варианта преобразователей

· С перестраиваемым гетеродином и фиксированным значением несущей выходного сигнала — наиболее распространённый вариант, используемый в радиоприёмных и измерительных устройствах. Частотными параметрами в этом случае являются: диапазон перестройки гетеродина (и следовательно диапазон входных сигналов) и значение несущей выходного сигнала (ПЧ)

· С фиксированным гетеродином — используется в специальных случаях, в качестве частотных параметров при этом будут: допустимые значения частоты входного сигнала и значение величины переноса спектра

· Внутренние параметры преобразователя зависят от типа нелинейного элемента в смесителе

· Крутизна преобразования — отношение амплитуды выходного тока (при закороченном выходе) к амплитуде напряжения входного сигнала

· Внутренний коэффициент усиления — отношение амплитуды напряжения ПЧ к амплитуде напряжения входного сигнала

· Коэффициент шума преобразователя

Супергетеродинный радиоприёмник (супергетеродин) — один из типов радиоприёмников, основанный на принципе преобразования принимаемого сигнала в сигнал фиксированной промежуточной частоты (ПЧ) с последующим её усилением. Основное преимущество супергетеродина перед радиоприёмником прямого усиления в том, что наиболее критичные для качества приёма части приёмного тракта (узкополосный фильтр, усилитель ПЧ и демодулятор) не должны перестраиваться под разные частоты, что позволяет выполнить их со значительно лучшими характеристиками.

1усилитель радиочастоты 2 смеситель 3фильтр промежуточных частот 4усилитель промежуточной частоты

5детектор 6 усилитель звуковой частоты 7 гетеродин

Упрощённая структурная схема супергетеродина с однократным преобразованием частоты показана на рисунке. Радиосигнал из антенны подаётся на вход усилителя высокой частоты (в упрощённом варианте он может и отсутствовать), а затем на вход смесителя — специального элемента с двумя входами и одним выходом, осуществляющего операцию преобразования сигнала по частоте. На второй вход смесителя подаётся сигнал с локального маломощного генератора высокой частоты —гетеродина. Колебательный контур гетеродина перестраивается одновременно с входным контуром смесителя (и контурами усилителя ВЧ) — обычно конденсатором переменной ёмкости (КПЕ), реже катушкой переменной индуктивности (вариометром, ферровариометром). Таким образом, на выходе смесителя образуются сигналы с частотой, равной сумме и разности частот гетеродина и принимаемой радиостанции. Разностный сигнал постоянной промежуточной частоты (ПЧ) выделяется с помощьюполосового фильтра и усиливается в усилителе ПЧ, после чего поступает на демодулятор, восстанавливающий сигнал низкой (звуковой) частоты.

В современных приёмниках в качестве гетеродина используется цифровой синтезатор частот с кварцевой стабилизацией.

В обычных вещательных приёмниках длинных, средних и коротких волн промежуточная частота, как правило, равна 465 или 455 кГц, в бытовых ультракоротковолновых — 6,5 или 10,7 МГц. В телевизорах используется промежуточная частота 38 МГц.

Преимущества[

· Высокая чувствительность. Супергетеродин позволяет получить большее усиление по сравнению с приёмником прямого усиления. В супергетеродинах основное усиление осуществляется на промежуточной частоте, которая, как правило, ниже частоты приема; чем ниже частота сигнала, тем проще построить для него устойчивый усилитель с большим коэффициентом усиления.

· Высокая избирательность, обусловленная фильтрацией сигнала в канале ПЧ. Фильтр ПЧ можно изготовить со значительно более высокими параметрами, так как его не нужно перестраивать по частоте. Например, широко используют кварцевые, пьезокерамические и электромеханические фильтры сосредоточенной селекции, а также фильтры на поверхностных акустических волнах. Они позволяют получить сколь угодно узкую полосу пропускания с очень большим подавлением сигналов за её пределами.

· Возможность принимать сигналы с модуляцией любого вида, в том числе с амплитудной манипуляцией (радиотелеграф) и однополосной модуляцией.

Недостатки

Наиболее значительным недостатком является наличие так называемого зеркального канала приёма — второй входной частоты, дающей такую же разность с частотой гетеродина, что и рабочая частота. Сигнал, передаваемый на этой частоте, может проходить через фильтры ПЧ вместе с рабочим сигналом.

Второй недостаток супергетеродина — паразитное излучение, которое может создавать помехи другим приемным устройствам или демаскировать приемник.

№14 Цифровая обработка сигналов и ее преимущества. Дискретизация аналоговых сигналов.

По определению ЦОС – это обработка цифровых сигналов цифровыми методами и цифровыми средствами. Под цифровым сигналом понимается любая пронумерованная после- довательность чисел (цифровых кодов), например, 3, 7, 11, 9, …, в том числе значений оцифрованного аналогового сигнала, являющаяся функцией неко- торого эквидистантного дискретного аргумента (например, порядкового но- мера, расстояния или по умолчанию – времени). Методами ЦОС являются математические соотношения или алгорит- мы, в соответствии с которыми выполняются вычислительные операции над цифровыми сигналами. К ним относятся алгоритмы цифровой фильтрации, спектрально-корреляционного анализа, модуляции и демодуляции сигналов, адаптивной обработки и др. Алгоритмы ЦОС, в отличие от других вычисле- ний на ЭВМ, предусматривают, как правило, их выполнение в реальном масштабе времени. Средствами реализации ЦОС являются жесткая логика, программи- руемые логические интегральные схемы (ПЛИС), микропроцессоры общего назначения, микроконтроллеры, персональные компьютеры (компьютерная обработка сигналов), одноплатные компьютеры и цифровые сигнальные про- цессоры (ЦСП). Последние аппаратно и программно оптимизированы на за- дачи ЦОС и образуют ее специализированную элементную базу. Совокуп- ность аппаратных средств, осуществляющих цифровую обработку сигналов, называют процессором ЦОС. Важнейшее значение для ЦОС имеют также средства автоматиза- ции проектирования аппаратного и программного обеспечения процессоров на основе ЦСП, ПК, ПЛИС и других цифровых средств (системы разработ- ки).

К основным преимуществам цифровой обработки перед аналоговой обработкой относится:

1. стабильность параметров обработки.

Если стабильность частоты настройки и в аналоговых приемниках с синтезаторами частоты достаточно высока, то характеристики смесителей, фильтров и демодуляторов изменяются от времени и температуры;

2. возможность автоматической адаптации к условиям приема и характеру сигнала, состоящей в оптимизации структуры, характеристик и параметров приемника и всех устройств, входящих в приемный комплекс;

3. способность работать как с традиционными, так и с новыми видами модуляции, с кодированными сигналами и сигналами с временным и частотным уплотнением каналов при приемлемых масса/габариты/стоимость показателях (при чисто аналоговой обработке эти показатели катастрофически возрастают при усложнении модуляции);

4. сокращение времени настройки, возможность работы с прыгающей частотой за счет новых подходов к построению гетеродина (синтезатора частоты), получения за счет цифровой обработки сигнала ПЧ с широкой полосой панорамы спектра диапазона принимаемых частот и цифрового анализа этого спектра;

5. многоканальность с идентичными характеристиками каналов. Реализация принципа: один приёмник - много каналов приёма,

6. возможность мониторинга спектра принимаемых частот. Эта функция реализовывалась с помощью дорогостоящих панорамных приставок. При цифровой обработке радиосигнала функция мониторинга спектра реализуется сигнальными процессорами с помощью быстрого преобразования Фурье (БПФ) различной длины и статистической обработки спектра;

7. новые возможности при встраивании приемника в вычислительный обрабатывающий комплекс. Если ранее аналоговые приемники могли лишь управляться от компьютера (перестройка частоты, управление усилением и фильтрами, выбор демодулятора), то теперь в компьютер вводится цифровой поток данных из приемника, предназначенный для дальнейшей обработки и/или запоминания. Сам же приемник может быть выполнен в виде модуля, встраиваемого в крейт вычислительного комплекса или ПЭВМ;

8. снижение массы, габаритов и схемотехническое упрощение, и, как следствие, существенное повышение надежности;

9. снижение цены по сравнению с аналоговым приемником из-за большей технологичности и небольшого количества и невысокой цены компонентов при массовом производстве.

Дискретизация - преобразование непрерывной функции в дискретную

При передаче изображения используют для преобразования непрерывного аналогового сигнала в дискретный или дискретно-непрерывный сигнал. Обратный процесс называется восстановлением. При дискретизации только по времени, непрерывный аналоговый сигнал заменяется последовательностью отсчётов, величина которых может быть равна значению сигнала в данный момент времени. Возможность точного воспроизведения такого представления зависит от интервала времени между отсчётами Δt.

Квантование (англ. quantization) - в информатике разбиение диапазона значений непрерывной или дискретной величины на конечное число интервалов.

Аналоговый сигнал - сигнал данных, у которого каждый из представляющих параметров описывается функцией времени и непрерывным множеством возможных значений.