ГЛАВА 4. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ СИГНАЛОВ РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

§ 4.1. СОДЕРЖАНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ ЗАДАЧ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ СИГНАЛОВ

Как отмечалось в гл. 1, сигнал, поступающий на приемную сторону информационной РТС, несет существенную для получателя (пользователя, абонента, потребителя РТС) информацию, содержащуюся в значениях тех или иных параметров: амплитуды, частоты, фазы, времени запаздывания, углов прихода и поворота плоскости поляризации радиоволн и др. Так, в обычном телевизионном вещании адресованное абоненту сообщение заключено в значениях амплитуды (канал изображения) и частоты (канал звукового сопровождения) сигнала. В радиолокации и радионавигации сведения о координатах и скоростях объектов содержатся во времени запаздывания, фазе, частоте и направлении прихода колебаний. В системах цифровой связи и цифрового вещания параметром, несущим полезную информацию, является номер переданного сигнала и т. п.

Очевидно, пользователю для извлечения из полученного сигнала нужных сведений следует выяснить (определить, измерить) значения параметров сигнала, несущих требуемую информацию. Эти значения параметров не обязательно точно воспроизведут истинные, так как в реальных условиях полезный сигнал поступает на приемную сторону только в смеси с помехами. Кроме того, на измерения может существенно влиять наличие у сигнала не только полезных (несущих необходимую информацию) параметров, но и параметров, не известных потребителю и не содержащих интересных для него сведений. Например, в радиолокационных дальномерах сантиметрового диапазона информация о дальности от РЛС до цели заключена во времени запаздывания отраженного радиоимпульса, тогда как амплитуда и фаза последнего данных о дальности практически не содержат, случайно меняясь от зондирования к зондированию вследствие фединга. Полезные параметры сигнала, содержащие нужную абоненту информацию, будем называть информационными, остальные неизвестные параметры — мешающими (неинформационным и, несущественными, паразитными, нежелательными).

Перечисленные термины широко используются в соответствующей литературе. Заметим, что такая классификация параметров для каждого конкретного случая своя. Так, в стандартном телевизионном канале изображения именно амплитуда служит информационным параметром, время запаздывания же сигнала никакой информации для пользователя не несет; в интерферометрах радиопеленгаторов полезными параметрами оказываются фазы колебаний, принятых разнесенными антеннами, и т. д.

Формализованной моделью измерения параметров сигнала является следующая. Пусть на интервале времени ,присутствует колебание , образованное как продукт описываемого детерминированным оператором взаимодействия сигнала с помехами :

Полезный сигнал содержит r информационных и мешающих параметров , объединенных соответственно в r- и m-мерные векторы и . По результатам анализа необходимо вынести решение о том, какие значения имеют полезные параметры сигнала в текущий момент времени . Если все параметры постоянны на интервале наблюдения , , то описанную процедуру называют оценкой параметров сигнала. В случае же, когда зависимостью пренебречь нельзя и требуется отслеживание мгновенных значений меняющихся информационных параметров, такую процедуру называют фильтрацией параметров сигналов (фильтрацией сообщений).

Из-за вероятностного характера условий, сопутствующих измерению, ошибки, т. е. отклонения измеренных значений параметров от истинных, содержат случайную составляющую, не поддающуюся компенсации с помощью калибровок, эталонных замеров и пр. Поэтому объект, осуществляющий измерение (измеритель), должен придерживаться такой стратегии, при которой негативные последствия, обусловленные случайной природой ошибок, были бы по возможности минимизированы. Таким образом, необходимо сформулировать оптимальные в некотором смысле правила измерения параметров сигналов, ознакомление с которыми и составляет содержание настоящего раздела. Начнем с обсуждения задач оценки параметров, неизменных за время наблюдений.