Представлены модели сигналов, различные преобразования сигналов, теория модуляции сигналов, дискретизация, кодирование и восстановление сигналов, масштабно-временное преобразование сигналов. <...> Предназначено для студентов, обучающихся по специальности 200106 «Информационно-измерительная техника и технологии» направления подготовки 200100 «Приборостроение». <...> Автор выражает благодарность рецензентам доктору технических наук, профессору ТУСУРа Г.В. <...> Смирнову и доктору технических наук, профессору ТУСУРа А.А. <...> Пособие предназначено для студентов специальности 200106 «Информационно-измерительная техника и технологии», может быть полезно студентам других специальностей и направлений, связанных с разработкой и конструированием радиоэлектронных приборов. <...> Различные преобразования сигналов (преобразование Фурье, преобразование Гильберта, вейвлет-анализ) представлены во второй главе. <...> Метод интеграла Дюамеля, преобразование Лапласа, частотные характеристики измерительных сигналов представлены в пятой главе. <...> 3 Глава 1 ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИГНАЛЫ И ИХ МОДЕЛИ Область профессиональной деятельности по специальности «Информационно-измерительная техника и технологии» включает исследования, разработки и технологии, направленные на развитие теории, проектирование и применение приборов и систем, предназначенных для получения, регистрации и обработки информации об окружающей среде, биологических и технических объектах. <...> Сигналы для обеспечения возможности соединения измерительных звеньев должны обладать совместимостью по роду, размеру и т. д. <...> Образцовый сигнал – это сигнал с заданными характеристиками. <...> Известные характеристики образцовых сигналов помогают получить информацию, содержащуюся в измерительном сигнале. <...> 4 Измерительные и образцовые сигналы делятся на аналоговые и кодовые, входные и выходные сигналы. <...> Аналоговый сигнал – это сигнал, информативный параметр которого изменяется непрерывно. <...>
Преобразование_измерительных_сигналов_[Электронный_ресурс].pdf
УДК 621.391:621.317(075.8)
ББК 32.811.3я73
А18
А18
Авдеева Д.К.
Преобразование измерительных сигналов: учебное пособие /
Д.К. Авдеева; Томский политехнический университет. – Томск:
Изд-во Томского политехнического университета, 2011. – 128 с.
ISBN 978-5-98298-952-9
В пособии изложены теоретические положения преобразования измерительных
сигналов, которые являются основой для построения любых
средств измерения с применением как традиционных, так и современных
информационных технологий. Представлены модели сигналов, различные
преобразования сигналов, теория модуляции сигналов, дискретизация, кодирование
и восстановление сигналов, масштабно-временное преобразование
сигналов.
Предназначено для студентов, обучающихся по специальности
200106 «Информационно-измерительная техника и технологии» направления
подготовки 200100 «Приборостроение».
УДК 621.391:621.317(075.8)
ББК 32.811.3я73
Рецензенты
Доктор технических наук, профессор ТУСУРа
Г.В. Смирнов
Доктор технических наук, профессор ТУСУРа
А.А. Светлаков
ISBN 978-5-98298-952-9
© ФГБОУ ВПО НИ ТПУ, 2011
© Авдеева Д.К., 2011
© Оформление. Издательство Томского
политехнического университета, 2011
2
Стр.2
ОГЛАВЛЕНИЕ
ПРЕДИСЛОВИЕ.............................................................................................3
ВВЕДЕНИЕ .....................................................................................................3
Глава 1. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИГНАЛЫ И ИХ МОДЕЛИ.......................4
1.1. Классификация измерительных сигналов .........................................4
1.2. Описание измерительных сигналов посредством
математических моделей.....................................................................8
Вопросы......................................................................................................10
Глава 2. ДЕТЕРМИНИРОВАННЫЕ И КВАЗИДЕТЕРМИНИРОВАННЫЕ
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИГНАЛЫ...................................................11
2.1. Основные характеристики детерминированных и
квазидетерминированных сигналов .................................................11
2.2. Фурье-преобразование периодических сигналов ...........................14
2.3. Интегральное преобразование Фурье ..............................................18
2.3.1. Спектры одиночных импульсных сигналов..............................19
2.3.2. Спектры непериодических переходных сигналов....................21
2.4. Дискретное преобразование Фурье (ДПФ). Быстрое
преобразование Фурье (БПФ) ...........................................................22
2.5. Преобразование Гильберта................................................................25
2.6. Свойства преобразования Фурье ......................................................30
2.7. Вейвлет-анализ ...................................................................................31
Вопросы......................................................................................................33
Глава 3. СЛУЧАЙНЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИГНАЛЫ.......................35
3.1. Виды случайных сигналов и их основные характеристики...........35
3.2. Характеристики стационарных и эргодических сигналов.............37
3.3. Корреляционный анализ случайных сигналов................................39
3.4. Спектральный анализ случайных сигналов.
Энергетические спектры ...................................................................42
3.5. Совместные и условные характеристики случайных сигналов........44
3.6. Преобразование Гильберта случайных сигналов ...........................46
Вопросы......................................................................................................46
Глава 4. МОДУЛИРОВАННЫЕ СИГНАЛЫ.............................................48
4.1. Носители и виды модуляции.............................................................48
4.2. Модуляция гармонического сигнала................................................51
4.2.1. Амплитудная модуляция.............................................................51
4.2.2. Частотная и фазовая модуляции.................................................52
4.3. Амплитудно-импульсная модуляция ...............................................56
4.4. Паразитная модуляция и помехоустойчивость...............................58
4.5. Статистические характеристики сигнала и помехи........................60
Вопросы......................................................................................................63
126
Стр.126
Глава 5. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ СИГНАЛОВ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫМИ
ЗВЕНЬЯМИ.....................................................................................64
5.1. Типы измерительных звеньев ...........................................................64
5.2. Метод интеграла Дюамеля ................................................................65
5.3. Преобразование Лапласа ...................................................................70
5.4. Частотные характеристики измерительных сигналов....................71
5.5. Метод сигнальных графов.................................................................72
Вопросы ..................................................................................................75
Глава 6. ДИСКРЕТИЗИРОВАННЫЕ И ВОССТАНАВЛИВАЕМЫЕ
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИГНАЛЫ...................................................77
6.1. Дискретизация сигналов....................................................................77
6.2. Восстанавливаемые из дискретизированных
измерительные сигналы.....................................................................79
6.2.1. Ряд В.А. Котельникова................................................................79
6.2.2. Восстановление сигналов степенными полиномами...............86
6.3. Суммарная случайная погрешность квантования
и аппроксимации ................................................................................91
6.4. Кодирование, системы счисления и цифровые коды.....................94
6.5. Способ измерения сигналов произвольной формы
в присутствии случайных шумов .....................................................98
Вопросы....................................................................................................112
Глава 7. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИГНАЛОВ........113
7.1. Масштабное преобразование сигналов..........................................113
7.2. Масштабно-временное преобразование сигналов ........................116
7.3. Фильтрация сигналов.......................................................................119
7.4. Цифровые фильтры..........................................................................121
Вопросы....................................................................................................124
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ..........................................................................125
127
Стр.127