Применение метода, упрощающего обратное преобразование Лапласа при исследовании динамики колебательных систем. Золотарев И.Д. - 60 стр.

UptoLike

Составители: 

Рубрика: 

119
ем отрицательных частот является достаточно универсальным и
его можно осуществить и для колебательных сигналов, описывае-
мых более сложными функциями, чем рассмотренные выше. При
этом еще более важным становится решение проблемы математи-
ческого определения огибающей и фазы сигнала, адекватного их
физическому содержанию.
Из формулы (12.25), учитывая формулы (12.38) и (12.42),
получаем
(
)()()()
(
)
[
]
(
)
() ( )
[]
()
(12.48) .12
1212
*
21
21
ωωω
ωωωωωω
+=
=+==
SS
SSSS
fa
Отсюда следует, что условие усеченности спектра АС при-
водит к замещению отсекаемой части спектра составляющей сиг-
нала
()
tf
1
, которая «затекает» из области положительных частот в
область отрицательных комплексно сопряженной с ней частью
спектра сигнала
(
)
tf
2
, «затекающей» из отрицательной области
частот в область положительных частот. Это вызывает ошибки в
определении огибающей
()
tA
и фазы
()
tФ [20, 36, 41].
Найдем ошибку в определении спектра АС относительно спектра
КС для простого примера усеченной косинусоидырадиоскачка»
(
)()()
ttAtf
y 00
cos1
ω
=
.
Спектр такого сигнала
() ()
{}
()()
=
+
+
==
00
0
11
2/
ωωωω
ω
jj
AtfFS
gf
(
)()
ωω
21
SS
+=
. (12.49)
Здесь для упрощения записи опущены сингулярные состав-
ляющие спектра вида
(
)
00
ω
ω
πδ
A , обусловленные стационарной
составляющей сигнала
()
tA
00
cos2/
ω
, для которой АС и КС дают
один и тот же спектр
(
)
00
2
ω
ω
π
A , не влияющий на сопоставление
спектров этих сигналов, проводимое ниже. При строгом рассмот-
рении спектра радиоскачок должен быть представлен в виде
(10.2.2).
() () ( ) ()() ()
t
A
tt
A
ttAtf
0
0
0
0
00
cos
2
cossgn
2
cos1
ωωω
+== .
120
Спектр непрерывной составляющей сигнала часто опускают
[33]. Во многих случаях при рассмотрении сигналов это не отра-
жается на конечном результате. Спектр АС в соответствии с соот-
ношениями (12.25), (12.48) и (12.49) запишем в виде
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
()
()
()
()
(12.50) .
+
+
=
=+=
ω
ωω
ω
ωω
ωωωωω
1
1
1
1
1212
00
0
21
jj
A
SSS
a
Комплексный сигнал для радиоскачка, согласно выражени-
ям (12.26) и (12.27), запишем в форме
(
)
(
)
(
)
tjtAtftf
yy 001
exp12
ω
==
, (12.51).
соответственно спектр КС
(
)
(
)
}
(
)
(
)
ωω
11
22 StfFtfFS
yyy
===
. (12.52).
Тогда зависимость разности спектров АС и КС от частоты опреде-
ляется соотношением
() () ()
()
0
0
1
ωω
ωωω
+
==
j
ASSS
ya
. (12.53)
Таким образом, если исходить из сопоставления спектраль-
ного представления АС и КС, принимая КС за основу, видим: чем
меньше
0
ω
(т. е. чем более широкополосный сигнал), тем меньше
точность определения параметров АФЧ колебательного процесса
на основе использования АС. Иными словами, АС может рассмат-
риваться лишь как одна из асимптотических моделей представле-
ния реального физического колебательного процесса, обеспечи-
вающих однозначное определение важных информационных пара-
метров радиосигналаамплитуды, фазы, частоты. Корректность
определения
этих параметров зависит от степени взаимного запол-
зания спектров сигналов
(
)
tf
1
и
(
)
tf
2
в смежные области, т.е. от
степени широкополосности исходного физического сигнала
()
tf ,
при этом
(
)
(
)
(
)
tftftf
21
+= . Здесь в качестве примера найдена ошиб-
ка
(
)
ω
S
для спектра радиоскачка. Однако полученные выводы
относятся к любым колебательным процессам, так как, в принци-
пе, взаимное «заползание» спектров комплексно-сопряженных со-
ставляющих этих процессов в смежные области существует для
ем отрицательных частот является достаточно универсальным и                                         Спектр непрерывной составляющей сигнала часто опускают
его можно осуществить и для колебательных сигналов, описывае-                                 [33]. Во многих случаях при рассмотрении сигналов это не отра-
мых более сложными функциями, чем рассмотренные выше. При                                     жается на конечном результате. Спектр АС в соответствии с соот-
этом еще более важным становится решение проблемы математи-                                   ношениями (12.25), (12.48) и (12.49) запишем в виде
ческого определения огибающей и фазы сигнала, адекватного их                                                  S a (ω ) = 2S1 (ω )1(ω ) + 2S 2 (ω )1(ω ) =
физическому содержанию.
                                                                                                                          ⎡      1                   1           ⎤
      Из формулы (12.25), учитывая формулы (12.38) и (12.42),                                                        = A0 ⎢             1(ω ) +             1(ω )⎥ .        (12.50)
получаем                                                                                                                  ⎣ j (ω − ω 0 )        j (ω + ω 0 )     ⎦
                                                            [        ]
               S a (ω ) = 2 ⋅ S f (ω ) ⋅ 1(ω ) = 2 S1 (ω ) + S 2 (ω ) ⋅ 1(ω ) =                     Комплексный сигнал для радиоскачка, согласно выражени-
                        [
                    = 2 S1 (ω )   + S 2*   (− ω )]⋅1(ω ).                           (12.48)
                                                                                              ям (12.26) и (12.27), запишем в форме
                                                                                                                 f y (t ) = 2 f y1 (t ) = A01(t ) exp jω 0t , (12.51).
      Отсюда следует, что условие усеченности спектра АС при-                                 соответственно спектр КС –
                                                                                                             S y (ω ) = F {f y (t )}= 2 F {f y1 (t )}= 2S1 (ω ) .
водит к замещению отсекаемой части спектра составляющей сиг-
                                                                                                                                                                            (12.52).
нала f1(t ) , которая «затекает» из области положительных частот в
                                                                                              Тогда зависимость разности спектров АС и КС от частоты опреде-
область отрицательных комплексно сопряженной с ней частью
                                                                                              ляется соотношением
спектра сигнала f 2 (t ) , «затекающей» из отрицательной области
                                                                                                                                                                1
                                                                                                                      ∆S (ω ) = S a (ω ) − S y (ω ) = A0                .   (12.53)
частот в область положительных частот. Это вызывает ошибки в                                                                                               j (ω + ω 0 )
определении огибающей ∆A(t ) и фазы ∆Ф(t ) [20, 36, 41].
                                                                                                    Таким образом, если исходить из сопоставления спектраль-
Найдем ошибку в определении спектра АС относительно спектра
                                                                                              ного представления АС и КС, принимая КС за основу, видим: чем
КС для простого примера усеченной косинусоиды-«радиоскачка»
                                                                                              меньше ω 0 (т. е. чем более широкополосный сигнал), тем меньше
                          f y (t ) = A0 ⋅1(t ) ⋅ cos(ω 0t ) .
                                                                                              точность определения параметров АФЧ колебательного процесса
Спектр такого сигнала
                                                                                              на основе использования АС. Иными словами, АС может рассмат-
                                           ⎡                           ⎤
                            {     }
             S f (ω ) = F f g (t ) = A0 / 2⎢
                                                  1
                                                         +
                                                               1
                                                                       ⎥=                     риваться лишь как одна из асимптотических моделей представле-
                                           ⎣ j (ω − ω 0 ) j (ω + ω 0 ) ⎦                      ния реального физического колебательного процесса, обеспечи-
                        = S1 (ω ) + S 2 (ω ) .               (12.49)                          вающих однозначное определение важных информационных пара-
      Здесь для упрощения записи опущены сингулярные состав-                                  метров радиосигнала – амплитуды, фазы, частоты. Корректность
ляющие спектра вида A0πδ (ω ∓ ω 0 ) , обусловленные стационарной                              определения этих параметров зависит от степени взаимного запол-
составляющей сигнала A0 / 2 ⋅ cos(ω 0t ) , для которой АС и КС дают                           зания спектров сигналов f1(t ) и f 2 (t ) в смежные области, т.е. от
один и тот же спектр A0 2π (ω − ω0 ) , не влияющий на сопоставление                           степени широкополосности исходного физического сигнала f (t ) ,
спектров этих сигналов, проводимое ниже. При строгом рассмот-                                 при этом f (t ) = f1 (t ) + f 2 (t ) . Здесь в качестве примера найдена ошиб-
рении спектра радиоскачок должен быть представлен в виде                                      ка ∆S (ω ) для спектра радиоскачка. Однако полученные выводы
(10.2.2).                                                                                     относятся к любым колебательным процессам, так как, в принци-
                                      A                           A
          f (t ) = A01(t )cos(ω 0t ) = 0 ⋅ (sgn t ) ⋅ cos(ω 0t ) + 0 cos(ω 0t ) .             пе, взаимное «заползание» спектров комплексно-сопряженных со-
                                       2                           2                          ставляющих этих процессов в смежные области существует для

                                               119                                                                                        120