О научном подходе к оценке явлений. Что дает нормировка. Ч.5 (Из цикла о природе вещей,)

О научном подходе к оценке явлений.  Что дает нормировка?

     Выше мы уже рассмотрели   формирование нормированной фазовой характеристики сигнала,  и нормированной дискриминационной характеристики.

Но  коснемся этого  вопроса еще раз,  подойдя к нему с общих позиций.

      Когда надо оценить какое-то явление,  на что мы обращаем внимание?

      Первое, что бросается в глаза – размер предмета,  его объем, вес.  Большой – это звучит гордо, большой значит сильный, способный на многое,  большому кораблю дальнее плавание.  И женщинам свойственно инстинктивно тяготеть к большому – природа,  да и «большому куску сердце радуется». 

      Но наука, на то и наука,  что в любом явлении  стремится увидеть главное.  А главное содержание любого явления, предмета,  процесса, человека – фрагмента материи – ФМ -  это его внутренняя структура,  которая и определяет его основные свойства,  не масштаб деяний человека (мужа, которого выбирает женщина),  а их содержание,  полезность, и еще  эффективность его деяний  (маленького мужа  легче прокормить, и  ткани надо меньше на пошив одежды,  и кожи на сапоги,  да и вообще – подвижнее он…).  Так и осуществляет свой выбор разборчивая невеста.  (У меня есть раздел  «Стратегия разборчивой невесты» в  большой статье  [1] -  пример классической задачи,  которая рассматривается в  «Теории планирования и эксперимента»,  стоящей перед девушкой,  и  тех критериев оценки параметров женихов, которыми она руководствуется, при выборе жениха,  из учета  недолгого девичества).   

      Именно структура составных частей  ФМ,  образующих данное тело,   систему или сам субъект,  и принципы их взаимодействия  и  определяют физические   свойства   материального объекта.    

      Так что же такое структура?    Структура -  это фрагментарность материи (во всех ее формах и фазах существования) во времени и пространстве,  представление ее в виде отдельных,  независимых, друг от друга частей,  которые находятся между собой в определенных соотношениях по параметрам,   т.о. расположены в определенных точках пространства параметров,  это   фазовый портрет  (материального тела,  или облака газа, …. или энергетического процесса - сигнала).,  который есть не что итоге как «рентгеновский трехмерный снимок» ФМ   (но  для сложного явления, процесса,   многомерный),   его многомерное изображение,  которое  дает исчерпывающую информацию о нем (размер снимка значения не имеет).

      При формальном  анализе  любого физического явления его представляют в виде  функции,   которая   характеризует  мощность энергетического процесса во времени –сигнала,  но также амплитудно- фазовые  и фазо-частотные характеристики сигнала.  Первые  представляет собой  функцию,  отражающую  изменение амплитуды и фазы  сигнала во времени,  вторые  -   изменение амплитуды  и фазы  гармоник сигнал по частоте.   Эти две формы анализа структуры сигнала равноценны с точки зрения  информативности,   но в силу разных причин   иногда удобнее пользоваться тем,  или другим подходом.

      При временном анализе амплитуда сигнала представляется комплексной величиной, изменяющейся во времени,  которая  своим  модулем показывает изменения во времени интенсивности энергетического потока,  а  фазовым углом  -   изменение фазы во времени.   

       При  анализе физических сигналов в реальных устройствах, конечно, приходится рассматривать весь сигнал,  в т.ч. и амплитуду,  ибо  в силу естественный свойств радиоэлементов  (активных и пассивных) аппаратуры,  она критична к амплитуде,  в ней есть устройства нелинейного преобразования,  энергетические ограничения.   Но это уже технические моменты,  которые рассматриваются  разработчиками электронной техники. 

Когда же рассматриваются именно принципы действия устройств и систем обработки информации,  эти аппаратурные факторы и ограничения отбрасываются,  и рассматривается  голая структура сигнала,  его скелет  (  А.К,).,  которая и определяет структурную схему его обработки и ее эффективность.  В этом случае из рассмотрения  отбрасываются и амплитуды сигнала,  и активные сопротивления, присутствующие в схеме,    и определяющие энергетические потери. И тогда  амплитуда сигнала  принимается равной единице,  а мощность сигнала полагается равной квадрату его амплитуды  (при том, что в реальных схемах учитываются входные и выходные  комплексные сопротивления   четырехполюсников  - блоков устройств,  через которые проходит электрический сигнал).

       Т.о. математическая формализация  и нормировка позволяет представить сигнал в виде комплексного числа с амплитудой,  максимально значение которого равно единице   (для прямоугольного импульса амплитуда  постоянна с течении всего времени его действия,  это наиболее интересный случай, т.к.  при этом минимизируются требования к пиковой мощности передатчика сигнала  А К.

),  и т.о. изменения сигнала во времени  проявляются в изменении фазы его огибающей,  которая и несет в себе всю  передаваемую с помощью сигнала  полезную информацию в закодированном виде.

      С другой стороны  сама по себе длительность сигнала не несет информацию  (она, конечно, содержится в этом параметре,  и полезна при идентификации источника излучения средствами радиотехнической разведки,  но  для РЛС, СУО,  систем связи и навигации,  в которых используется сигналы с  заданными и известными параметрами,  длительность  сигнала   не важна).  Информацию несет,  как было сказано выше,  только фазовая структура сигнала,  конкретнее - количество фазовых переходов,  из одного ортогонального состояния  (при которых смежные сигналы не коррелируются), в другое  на интервале длительности импульсного сигнала,  которая и представляет интерес.  Сигнал может быть длительным, но при этом иметь и длительные элементарные импульсы, а может быть коротким, с очень короткими элементами,  при этом они равноценны теоретически.  Но, лишь до той поры, пока не наступают физические ограничения,  вызванные реальными условиями работы устройств -  наличием тепловых шумов,  и искусственных помех,  уровень мощности которых определяет ненадежность выделения сигнала из помех,  и вероятность сбоя  аппаратуры.  Поднять же мощность передатчика для улучшения отношения с/ш невозможно из за ограничений пиковой мощности  генераторов на транзисторах или клистронах.  Тогда и приходится увеличивать длительность сигналов, что увеличивает их энергию, и показатели дальности работы РЛС и систем связи и их надежность.

        Вот для этого и нужна нормировка сигнала,  чтобы отбросить технические вопросы специалистам электронщикам и технологам,  а рассмотреть  именно идеологию работы схемы,  принцип ее действия   -  чистую идею.

       Нормировка отбрасывает все побочные факторы, и позволяет выделить интересующий,  и оценить именно его влияние.  В частности нормировка  по длительности сигнала  сводится к тому, что  его длительность принимается равной единице. Т =1,  а текущее время  (момента наблюдения  и оценки фазового состояния),      и становится безразмерным,  и определяется как физическое время,  прошедшее с момента начала импульсного сигнала,  соотнесенное (пронормированное )  к его длительности Т.,  и т.о. изменяется от нуля до единицы tн= Var  ( 0 …1 ). 

     И тогда простой прямоугольный сигнал  приобретает прозрачный  вид  см. (6)     : 

                 (tн/T) =  exp [-j * Ѱ(tн)] = exp (-j  2 *pi*tн /T)                                         (27)       

     Он характеризуется тем, что его фаза  Ѱ (tн) = 2 pi*tн /T   изменяется линейно во времени,  т.е. фазовая характеристика сигнала линейная,  и т.о. между  фазами  временных фрагментов сигнала существует линейная связь,   Данный сигнал способен передать информацию   1 бит,  ибо на выходе приемника может быть или +1,  при его наличии, или 0 при отсутствии.

     Сложный сигнал несет информацию, закодированную в фазе огибающей  Ѱ(tн),    которая передается в виде кода 1, 0… N, и представляет собой последовательность Nимпульсов длиной Ти.   ( Но в принципе  вид сигнала, модулирующего фазу,  может быть любой.).  После демодуляции фазовым детектором  он будет представлен на его выходе в виде   видеоимпульсов с амплитудой 1 или 0.