Основы радиолокации — Шумы в радиолокации

Шумы в радиолокации

Рисунок 1. Шумовой фон на индикаторе кругового обзора

Рисунок 1. Шумовой фон на индикаторе кругового обзора

Шумы в радиолокации

Шум — это случайный, как правило, нежелательный, сигнал. Он имеет место в различных приложениях:

• вы можете слышать его в акустических сигналах как дополнительное постоянное шипение,
• вы можете видеть его как изменение яркости или цвета фона или видеоотметок или (см. увеличенный Рисунок 1) точечное изменение яркости на экране ИКО радиолокатора и
• вы можете измерить шумовое напряжение (уровень шума) при помощи осциллографа или наблюдать в виде «зеленой травы» («green grass») на индикаторе А-типа радиолокационной системы.

Влияние шума наиболее заметно там, где полезные сигналы имеют низкий уровень, например, при слабом эхо-сигнале в приемнике радиолокатора. Шум характеризуется своими статистическими свойствами. Шум, обладающий равномерным спектром на всех частотах, называют «белым» шумом. Таким образом, «белый» шум имеет одинаковую мощность в фиксированной полосе пропускания на любой центральной частоте. «Белый» шум получил свое название по аналогии с белым светом, в котором, как известно, спектральная плотность мощности распределена по всему видимому диапазону. Другим типом электронного шума является так называемый «розовый» шум, спектральная плотность мощности которого имеет зависимость от частоты вида 1/f. Шум возникает почти во всех электронных устройствах и является результатом множества факторов.

Источники шума возникают как внутри, так и вне рассматриваемой цепи. Наряду с мощностью полезного сигнала антенна радиолокатора принимает мощность шума (мощность помех). Интенсивность принимаемого шума зависит от рабочей частоты f и ширины полосы пропускания приемника B.

Часто для оценки шума указывается эквивалентная шумовая температура антенны, при этом отмечается, что она зависит от угла места. Она связана с мощностью помех, поступающих от внеземных источников излучения (галактический или космический шум), находящихся преимущественно в Млечном Пути, а также, являющихся результатом поглощения электромагнитного излучения в атмосфере и шумовой температуры Земли. Поскольку такие шумы невозможно отделить от полезных сигналов (в случае радиолокации — эхо-сигналов целей), то принятый шум будет усилен во всех каскадах приемника радиолокатора, как и полезные сигналы.

Источники шума, находящиеся внутри цепи, создают мощность внутреннего шума. Наиболее частыми причинами являются: шум полупроводниковых приборов, тепловой шум омических сопротивлений или проводимостей, а также шумовые токи носителей заряда. Тепловой шум возникает вследствие неравномерного движения носителей заряда в резистивном материале при протекании тока.

Усредненное во времени значение этого тока равно нулю, а среднеквадратическое значение не равно нулю.

Рисунок 2. Шум на открытом измерительном кабеле осциллографа

Рисунок 2. Шум на открытом измерительном кабеле осциллографа

Источники шума, находящиеся внутри цепи, создают мощность внутреннего шума. Наиболее частыми причинами являются: шум полупроводниковых приборов, тепловой шум омических сопротивлений или проводимостей, а также шумовые токи носителей заряда. Тепловой шум возникает вследствие неравномерного движения носителей заряда в резистивном материале при протекании тока. Усредненное во времени значение этого тока равно нулю, а среднеквадратическое значение не равно нулю.

Шумы системы или цепи оцениваются при помощи трех разных, но взаимосвязанных между собой, параметров:

• так называемый фактор шума (F_n), выраженный в виде безразмерного отношения,
• коэффициент шума (Кш, NF), выраженный в децибелах,
• эквивалентная шумовая температура (Т_э).

Фактор шума

Фактор шума (F_n) устройства определяет, какое количество шума будет вноситься этим устройством (каскадом), дополнительно к поступающему на него шуму. Фактор шума для заданной входной частоты определяется в виде отношения:

Fn =	мощность шума на выходе	(1)
	выходная мощность шума, вызванного внешним источником

Как можно видеть, фактор шума представляет собой безразмерное соотношение.

Наряду с приведенным выражением используется также выражение, в котором отношение сигнал/шум на входе устройства делится на отношение сигнал/шум на его выходе.

Коэффициент шума

Коэффициент шума (Кш, NF) — это фактор шума, выраженный в децибелах (дБ). Он представляет собой степень ухудшения отношения сигнал/шум, вызванного устройством (трактом) для заданной полосы пропускания. Увеличение мощности шума от входа к выходу устройства больше, чем увеличение мощности полезного сигнала. Таким образом, коэффициент шума показывает уменьшение отношения сигнал/шум. Значение коэффициента шума указывается в спецификациях и для современных приемников составляет от 8 до 10 дБ.

Шумовая температура

Шум в системе может быть также выражен в виде эквивалентной шумовой температуры T_э. Данный параметр не имеет отношения к физической температуре устройства (например, антенны). Шумовая температура устройства равна температуре резистора, который имел бы такую же мощность теплового шума в заданной полосе частот. Обратите внимание: шумовая температура простого резистора равна действительной его температуре. А вот шумовая температура диода может быть во много раз больше действительной температуры этого диода.

Шум в приемной системе может иметь тепловое происхождение (тепловой шум) или может быть вызван другими процессами, генерирующими шум. Большинство этих других процессов генерируют шум, спектр и распределение вероятностей которого аналогичны тепловому шуму. Из-за этого сходства вклад всех источников шума можно объединить и рассматривать как тепловой шум. Минимальный уровень сигнала, который может быть обнаружен, ограничен тепловым шумом, улавливаемым антеннами, обращенными к черному телу (которое находится при комнатной температуре 290°K = 17°C = 62°F), и шумом, генерируемым в подсистемах приемника.

шумовая
температура

мощность
шума

частота

атмосферный
шум

космический
шум

Рисунок 3. Частотная зависимость отношения шумовая температура — мощность шума (ε — угол места луча)

шумовая
температура

мощность
шума

частота

атмосферный
шум

космический
шум

Рисунок 3. Частотная зависимость отношения шумовая температура — мощность шума (ε — угол места луча)

шумовая
температура

мощность
шума

частота

атмосферный
шум

космический
шум

Рисунок 3. Частотная зависимость отношения шумовая температура — мощность шума (ε — угол места луча)

Тепловой шум характеризуется плотностью мощности N, которая определяется соотношением

N = kTB

где:

k — постоянная Больцмана (1.38·10-23 Дж/К) B — ширина полосы пропускания в герцах T — температура в Кельвинах

(2)

Минимальная входная мощность шума соответствует абсолютному нулю температуры Т=0°K. При нормальной рабочей температуре (Т=290°K) произведение kT равно около 4·10^-21 Вт/Гц.

С учетом всех этих причин, величина kTВ считается минимальной мощностью входного шума только для некоторого идеального приемника.

На практике шум в приемнике всегда выше на некоторый коэффициент, выраженный в децибелах, известный как коэффициент шума.

Шумы и помехи в медных цифровых трактах SDI

В рубрику «Оборудование для радиовещания» | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций

ЛЭС-ТВ, ООО

Переход на цифровые способы передачи сигналов лишь на первый взгляд делает тракт на базе медной кабельной линии простым, надежным и помехозащищенным. Цифровые сигналы, по своей сути, — те же аналоговые, только более высокочастотные и широкополосные. Они, так же как и аналоговые, подвержены влиянию помех, но внешние проявления помех могут быть иными.

Владимир Куземко
Технический директор ООО «ЛЭС-ТВ»

В цифровых трактах искать источник помехи на порядок сложнее по сравнению с аналоговыми. Определенную помощь оказывает измерение джиттера или ширины раскрытия глазковой диаграммы, но не у всех подобные измерители есть, да и помогает оно лишь в случае стационарных шумов. Поэтому столь важно соблюдение общих принципов построения тракта.

Основных источника помех два — электромагнитные радиочастотные и «земляные», вызванные разностью напряжений земель источника и приемника сигналов.

ВЧ-наводки на тракт

Источники: сотовые телефоны, переносные рации, близкорасположенные передатчики. Сама по себе коаксиальная линия на основе качественного кабеля идеально защищена от ВЧ-наводок в силу своей симметричной конструкции. Слабые места такой линии — это места нарушения симметрии и неоднородности в оплетке. Особенно опасны такие помехи на расстоянии менее метра от входного разъема приемника сигнала в конце линии. Причем чем длиннее линия, тем сильнее эффект. Особенно подвержены устройства, поддерживающие и SD, и HD. Еще хуже — с 3G, они более широкополосные и оснащены более глубокой АРУ на входе.

Дело в том, что в конце длинной линии (в зависимости от кабеля это может быть и 400 м для SD/ASI и 200 м для HD) сам сигнал ослаблен во многие десятки, а то и сотни раз и почти неразличим на фоне шумов (если смотреть обычным осциллографом). Для приема такого сигнала на входе любого цифрового устройства стоит широкополосный (от 1 до 6 ГГц) входной усилитель с системой частотнозависимой АРУ с максимумом усиления до 40-50 дБ (!) на верхнем краю диапазона. При большой длине линии АРУ включает усиление на максимум, пропорционально повышая чувствительность к внешним ВЧ-помехам. В таких условиях любой ВЧ-передатчик, расположенный рядом со слабым местом тракта, может стать источником непредсказуемой помехи. Сама помеха может быть за пределами спектра сигнала и не искажать сигнал непосредственно.

Как всегда в ВЧ, влияние помехи будет изменяться загадочным образом в зависимости от любых обстоятельств: положения человека рядом, соединения приборов и оплетки кабеля в стойке и т.п. Пример такой проблемы — консоль с приборами, рядом рабочий стол, на нем лежит мобильный телефон в 10 см от передней панели MPEG-кодера. Никто ничего не трогает, но каждые 30 минут все дергается. Лечится убиранием или выключением телефона.

Переносные рации «убивают» тракт на расстоянии 20-60 см, в зависимости от мощности, длины линии, близости к входному разъему и рабочей частоты.

Убирать подальше источники помех, укорачивать линию, устанавливая повторители (конечно, в зависимости от типа кабеля, грубо — для гарантированной помехозащищенности в любых условиях — не более 150 м для SD/ASI, 50-70 м для HD), использовать фильтры из ферритового кольца с намотанным на него коаксиальным кабелем — так называемые продольные трансформаторы. Примеры подобных серийно выпускаемых устройств — фильтры серии FT от «ЛЭС-ТВ» и изделия, называемые Ground Loop Eliminator, например от американской фирмы Allen Avionics. Эти устройства не разрывают землю, не обеспечивают гальванической развязки входа и выхода, а лишь создают препятствие на пути ВЧ-тока помехи, распространяющегося по оплетке кабеля. Обычные («поперечные») трансформаторы, обеспечивающие гальваническую развязку, от ВЧ-помехи защищают слабо.

Земляные помехи от сильноточной коммутации и земляных токов от ИБП

Эта помеха, на порядок более низкочастотная, также идет по оплетке кабеля, но в отличие от первой ее можно увидеть осциллографом. Также она поддается логическому анализу. У нее всегда есть один или несколько источников, гальванически связанных с трактом (обычно это устройство с шумным импульсным источником питания типа компьютера или ИБП). Эти помехи лежат в диапазоне от десятков килогерц до единиц мегагерц. От них хорошо помогают классические широкополосные трансформаторы, например серии TR от «ЛЭС-ТВ».

Установка такого трансформатора в цифровой линии позволяет резко уменьшить влияние помех, связанных с «землями», однако за счет локального нарушения симметрии экранирующей оплетки несколько повышает чувствительность к ВЧ-наводкам. Применение трансформаторной развязки необходимо при обеспечении грозозащиты, которая эффективно работает при разрыве земляной цепи. Типичная применяемая комбинация — грозозащита на базе газовых разрядников FZ-4V с трансформатором TR-11SD или комбинированные устройства серии TRZ, объединяющие разрядники, полупроводниковую защиту и трансформатор.

Общие рекомендации:

1. При проектировании медных трактов следует избегать участков большой, близкой к предельной протяженности. Для большой протяженности используйте повторители или замените медный кабель на оптику.
2. На входе аппаратной, неблагополучной с точки зрения ВЧ-помех, предусмотрите применение «продольных» трансформаторов.
3. При подаче сигнала на передатчик или другое «грозоопасное» устройство предусмотрите устройства грозозащиты на выходе аппаратной.
4. При риске значительных разностей напряжений земли (например, в ПТС) или при наличии широкополосной земляной помехи предусмотрите обычные широкополосные трансформаторы (например, TR-110HD).
5. При полной непроходимости тракта начните с отключения всех ненужных в данный момент устройств, гальванически связанных с трактом, попробуйте уменьшить длину кабеля или разбейте линию на 2 куска применением повторителя сигнала.
6. При возникновении периодической помехи проанализируйте возможные источники, постарайтесь заметить синхронность помехи с работой каких-либо устройств.

117246 Москва,
Научный пр., 20 стр. 2
(технопарк «Слава», внутр. тел. 444)
Тел.: (499) 995-0590
Факс: (499) 995-0590
E-mail: [email protected],
www.les.ru

Опубликовано: -2013
Посещений: 13150

Статьи по теме

• Антенна на дачу. Часть 1
• Шагаем в ногу (настраиваем SFN)
• Регламентные работы
• Цифровое радиовещание в стандарте DRM
• «Форвард ТС» – технологии и решения для организации телевизионного вещания в цифровом формате

Автор Владимир КуземкоТехнический директор ООО «ЛЭС-ТВ» Всего статей:  1

В рубрику «Оборудование для радиовещания» | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций

Обнаружение сигналов — важный навык в PPC-рекламе для извлечения полезной информации

Шум против сигнала: обнаружение сигнала — важный навык в PPC-рекламе для извлечения полезной информации

Категории

PPCexpo

• Дом
• Инструменты
• Цена
• Связаться с нами
• Направляющая PPC
• Блог
• Карта сайта
• © 2023 PPCexpo, все права защищены.

Компания

• Связаться с нами
• Политика конфиденциальности
• Безопасность
• Патент

Инструменты

• Сигнал КПП
• Ключевое слово PPCexpo Планировщик
• Аудит КПП
• КПП ChartExpo™ Графики
• КППэкспо КПП Отчеты
• Комбинации Калькулятор

Быстрые ссылки

• Руководство PPC
• Панель управления сигналами PPC
• Шаблоны отчетов PPC
• ChartExpo™ для Google Таблиц
• ChartExpo™ для Microsoft Excel
• Планировщик ключевых слов PPCexpo Расширение Google Chrome

Диаграммы

• Таблица результатов опроса CSAT
• Диаграмма шкалы Лайкерта
• Диаграмма Парето
• Диаграмма Санки

Категория

• КПП
• СЭМ
• SEO
• СММ
• Визуализация данных
• Другие

Присоединяйтесь к нашей группе

• Вопросы и ответы по контекстной рекламе
• Получить консультацию специалиста
• Отличные обсуждения контекстной рекламы
• Будьте в курсе новостей PPC
• Быстрая поддержка инструментов
• Скидки и специальные предложения

аудиосигналов

аудиосигналов

Далее: Обработка аудио в MSP Вверх: MUMT 306: Неделя №10 Предыдущий: MUMT 306: Неделя №10

---

Некоторые из следующих рисунков используются с разрешения Фернандо Лопес-Лескано, CCRMA, Стэнфордский университет.

• Звук представляет собой вибрацию, которая распространяется в виде акустической волны через передающую среду, такую ​​как газ, жидкость или твердое тело.
• Люди имеют ограниченный диапазон восприятия колебаний звукового давления примерно в 20-20 000 циклов в секунду или Герц (Гц).
• Звук распространяется со скоростью около 345 метров в секунду в воздухе при комнатной температуре. Используя соотношение между частотой ( f ), скоростью волны ( c ) и длиной волны () волн, звук с частотой 20 Гц имеет длину волны около 17,25 метра, а звук с частотой 20 кГц имеет длину волны около 17 миллиметров. .

• Звуки обычно измеряются с помощью преобразователей, которые преобразуют колебания воздуха в электрические сигналы.
• Электрические звуковые сигналы представляют собой непрерывные во времени колебания атмосферного давления.
• Эти представления впоследствии могут быть сохранены и/или обработаны с использованием методов обработки сигналов.
• Если/когда мы анализируем сигналы непрерывного времени в этом курсе (и MUMT 307), мы будем использовать временную переменную t . Например, синусоида непрерывного времени будет представлена ​​как:

• Идеальный синусоидальный сигнал представлен как , где A — скаляр амплитуды, частота в радианах, f ₀ — частота в Гц и сдвиг фазы синусоиды.

  Рисунок 1: Идеальный синусоидальный сигнал.

• Синусоида — простейший пример периодического сигнала.
• Период или продолжительность одиночного цикла периодического сигнала обратно пропорциональна его частоте T = 1 / f ₀ .

• Для дискретной обработки и хранения (с использованием компьютеров или других микропроцессорных устройств) необходимо производить выборку сигналов с непрерывным временем.
• Этот процесс математически представлен заменой t = n T _с в выражениях с непрерывным временем, где T _с — интервал времени или период дискретизации. (целые числа). Тогда дискретизированная синусоида будет иметь вид: где — нормализованная частота в радианах.
• По теореме Шеннона о дискретизации сигнал с непрерывным временем x ( t ) может быть точно восстановлен из его выборок. x [ n ] = x ( n T _s ), если образцы берутся со скоростью f _s = 1 / T _s , что более чем в два раза превышает самую высокую частотную составляющую сигнала.
• Другими словами, мы должны получить более двух выборок за период для всех частотных составляющих сигнала, чтобы точно представить этот сигнал.
• Чтобы удовлетворить этому условию, сигналы обычно ограничиваются по полосе частот или фильтруются перед дискретизацией (и после обратного преобразования в аналоговые сигналы).
• Если частота дискретизации не соответствует описанному выше условию, любые частотные компоненты в сигнале, превышающие f _s / 2, будут «псевдонимами» (тестовый скрипт Matlab).
• Недавняя тенденция к очень высокой частоте дискретизации (96 кГц, 182 кГц) основан больше на проблемах с аппаратной реализацией, чем на попытке точно представить частотные компоненты за пределами нормального диапазона слуховой системы человека.

• Числа в компьютере могут быть представлены в различных форматах (8-битные, 16-битные, 32-битные целые числа или числа с плавающей запятой).
• Выбор конкретного числового формата может существенно повлиять на качество дискретизированных сигналов.
• В общем случае каждый бит точности (в двоичной системе) обеспечивает около 6 дБ динамического диапазона (удвоение звукового давления). В записях качества CD используются 16-битные целочисленные форматы с приблизительным динамическим диапазоном 96 дБ.
• Некоторые музыкальные звуки могут превышать динамический диапазон 96 дБ, поэтому могут быть оправданы большие размеры выборки (20- и 24-битные форматы).
• Небольшое количество шума, называемого дизерингом, иногда вводится в сигнал с более низким разрешением, чтобы помочь подавить слышимые эффекты шума квантования при очень низких уровнях сигнала. В результате ошибки, зависящие от звукового сигнала, преобразуются в широкополосный шум, не коррелирующий с сигналом.

• Согласно теории Фурье, любой сигнал может быть представлен суммой (возможно, бесконечного) числа синусоид, каждая из которых имеет определенную амплитуду и фазу.
• Периодическая форма волны может быть представлена ​​(возможно бесконечным) набором гармонически связанных синусоид (частоты которых связаны целым кратным числом).
• И наоборот, звук, состоящий из негармонически связанных синусоид, не может быть периодическим.
• Преобразование Фурье сигнала обеспечивает «рецепт» воссоздания этого сигнала с точки зрения синусоидальных составляющих.
• Часто мы можем узнать намного больше о «содержимом» сложной формы сигнала, просматривая его спектр или представление в частотной области вместо (или в дополнение) к его представлению во временной области.
• Идеальный синусоидальный сигнал имеет только одно ненулевое значение преобразования Фурье.