Основы радиолокации

Представление сигналов во временной и в частотной области

Существуют два основных подхода к представлению и анализу процессов или сигналов: во временной области и в частотной области.

В первом случае (во временной области) процесс или сигнал представляется в виде зависимости его физических параметров от времени. Графическое изображение выполняется в декартовой системе координат, где ось абсцисс является осью времени, а вдоль оси ординат откладывается амплитуда или мощность сигнала. Таким образом, представление во временной области показывает как изменяется сигнал с течением времени. Представление сигналов во временной области имеет место в индикаторах осциллографов.

Представление сигнала в частотной области показывает зависимость его физических параметров от частоты. Графическое представление сигнала в частотной области выполняется также в декартовой системе координат, где вдоль оси абсцисс откладывается частота, а вдоль оси ординат – амплитуда или мощность сигнала, как и при анализе во временной области. Такое представление показывает какое количество сигнала приходится на ту или иную частоту (полосу частот), входящую в спектр сигнала. Представление сигнала в частотной области соответствует изображению на экране анализатора спектра.На Рисунке 1 показано представление сигнала, состоящего из нескольких гармонических колебаний разной амплитуды и частоты, в трехмерном пространстве «амплитуда (мощность) – время – частота». Как можно видеть из рисунка, представление сигнала во временной области является его проекцией на плоскость «амплитуда (мощность) – время», а в частотной области – проекцией на плоскость «амплитуда (мощность) – частота».

Частотное представление сигнала является более компактным, особенно когда сигнал является составным и представляет собой смесь из колебаний различных амплитуд и частот. Так, сигнал, показанный на рисунке (сумма трех гармоник с различными амплитудами и частотами), в частотной области будет изображен в виде трех пиков, расставленных на оси частот. С другой стороны временное представление сигнала является традиционным и интуитивно понятным. Использование представления сигнала во временной области приводит нас к индикатору типа А. Такое представление важно, в первую очередь, для функционирования импульсных радиолокаторов, в которых дальность до цели определяется по времени запаздывания принятого эхо-сигнала. После измерения времени запаздывания и расчета дальности цели сигнал зачастую переводят в частотную область. Это дает возможность выявить наличие и количество допплеровских частот с тем, чтобы использовать эту информацию для распознавания цели. В радиолокаторах непрерывного излучения с частотной модуляцией (FMCW) дальность и, возможно, скорость цели определяются по текущему значению частоты эхо-сигнала в момент его приема. Поэтому в таких радиолокационных устройствах используется представление сигнала в частотной области.

Переход из временной области представления сигнала в частотную и обратно выполняется при помощи преобразования Фурье.