Информационные сигналы АИУ

В соответствии с природой информации электрический сигнал рассматривается как электромагнитный процесс с изменяющимися параметрами. Электромагнитный процесс с не изменяющимися параметрами является несущим. Характерным электрическим сигналом является изменяющийся постоянный ток или переменный, в частности синусоидальный ток с изменяющейся амплитудой, фазой или частотой. Значения постоянного тока, амплитуда, фаза и частота переменного тока и являются информационными параметрами измеряемых процессов.

Согласно ГОСТ 21878- 86 различаются непрерывнозначный случайный процесс и случайная последовательность, дискретный случайный процесс и дискретная случайная последовательность. Области значений параметров первых двух процессов являются непрерывными множествами (континуумами), а области значений двух остальных процессов - дискретными множествами.

Таким образом, по характеру изменений значений параметров случайные процессы делятся на два вида – непрерывные и дискретные, что определяется непрерывностью или дискретностью времени. Соответственно различают непрерывный и дискретно-непрерывный (дискретизированный только по времени), непрерывно-дискретный (дискретизированный только по значению информационного параметра, т. е. по уровню) и дискретный (дискретизированный и по времени и по уровню) сигналы.

Сигнал является непрерывнымили дискретно-непрерывным, если информационный параметр процесса может быть любым в пределах возможного диапазона его изменения, т.е. образует непрерывное множество значений X, например постоянного тока. Различие между этими сигналами определяется непрерывностью t и дискретностью Т по времени, соответственно.

Сигнал является непрерывно-дискретным или дискретным, если информационный параметр изменяется скачкообразно и принимает только одно из ограниченного количества определенных значений, образующих дискретное (счетное) множество k значений Xi, различающихся на ∆ Х.

Характерным непрерывным сигналом является изменяющийся по значению постоянный ток. К непрерывным относится и сигнал в виде переменного тока в пределах одного периода его изменения, информационным параметром которого является мгновенное значение.

Сигналы с гармоническим несущим током имеют несколько значений. Если значения информационных параметров – амплитуды I_m, фазы φ и частоты f тока – образуют непрерывные множества, то сигналы дискретно-непрерывные, а если счетные множества I_m1 – I_m, к, φ₁ – φ_k, f₁ – f_k, то сигналы дискретные.

Для сигналов с несущим процессом в виде периодического несинусоидального тока, в частности последовательности импульсов постоянного тока сигналы определяются следующим образом. Если значения информационных параметров - наибольшего тока I_mах, i, длительности Δ t_i импульсов или момента Q ₁ их появления, отсчитываемого от момента времени Т_i (фазы импульсов), образуют непрерывные множества, то сигналы дискретно-непрерывные, а если счетные множества I_mах1 – I_mах, k; t₁ – t_k; Q ₁ – Q _k, то сигналы дискретные. Аналогично сигналы с несущим током в виде импульсов периодического тока высокой частоты (относительно частоты следования импульсов) непрерывно-дискретные, если значения амплитуд I_m и длительности импульсов Δ t образуют непрерывные множества, дискретные, если значения I_m, k, Δ t_k образуют счетные множества.

Простейший непрерывно-дискретный сигнал представляет собой скачкообразное изменение постоянного тока или постоянной составляющей выпрямленного тока в пределах двух значений, меньшее из которых может быть равным нулю. Такой сигнал называют дискретным потенциальным. Большему значению ставится в соответствие единица (логическое утверждение), меньшему – нуль (логическое отрицание).

При обработке и передаче аналоговых сигналов часто проводится их аналого-цифровое преобразование. Частотно-импульсный сигнал представляет собой временную последовательность стандартных импульсов (единиц) на фиксированном интервале времени Δ t. Различают сигналы в виде последовательного и параллельного двоичных кодов.

Простейший непрерывный сигнал описывается непрерывной функцией х(t). Дискретизированный по времени сигнал представляет собой набор истинных значений информационного параметра х, фиксируемые через интервал Т дискретизации по времени, называемый отсчетами или выборками и обозначаемый в виде текущего значения х(nТ). Дискретизированный по значению информационного параметра (по уровню) сигнал обозначается как Х (t) и представляет собой набор значений информационного параметра, различающихся на интервал дискретизации по уровню Δ Х (квант) и фиксируемых в момент времени t_i, в которое непрерывно изменяющийся информационный параметр достигает значений X_i = X_i ± 1 ± Δ X.

Информационные характеристики сигналов. Относительный средний уровень сигнала определяется отношением мощностей сигнала Р_С и помехи Р_п: k_С, п = Р_С / Р_п или L_С = 1оg2 (1+Р_С/Р_п). Информационный объем является обобщенной характеристикой сигнала – V = L_СT_С Δ f_С, где Т_С – длительность сигнала; Δ f_С – ширина частотного спектра.

Длительность сигнала практически всегда конечна, а ширина частотного спектра ограничивается диапазоном частот гармоник, сумма которых описывает сигнал с приемлемой для практики допустимой погрешностью.