Сигнал - помеха

Если в океан вылить стакан горячей воды, то температура его повысится. Но можно ли измерить, на какую долю градуса стали теплее океанские волны? Этим примером известный специалист в области космической связи, член-корреспондент Академии наук СССР В. И. Сифоров проиллюстрировал чувствительность аппаратуры, с помощью которой принимают сигналы от кораблей, летящих к Марсу или Венере.

Почему трудно принимать слабые сигналы и есть ли предел чувствительности приборов? Например, можно ли с помощью микрофона и усилителя, находясь в Москве, услышать топот муравья, ползущего по дереву в Африке?

Простейший усилитель, состоящий из транзистора, двух сопротивлений и конденсатора, может усилить сигнал в 50 раз. Два таких усилителя, соединенных последовательно, увеличат сигнал в 50×50 = 2500 раз. Казалось бы, что нет предела чувствительности наших приборов. Четыре усилителя позволяют усилить сигнал более чем в миллион раз, а это будет очень простой прибор - четыре транзистора, несколько сопротивлений и конденсаторов. Ничто не мешает соединить нужное число усилителей, чтобы обеспечить достаточную громкость стука муравьиных лапок. Но это не совсем так.

Трудность приема слабых сигналов определяется отнюдь не трудностью их усиления. Это довольно простая задача. Но как добиться, чтобы, усиливая нужный сигнал, не усилить в такой же степени заглушающие его помехи. Усиливая топот муравья, мы неизбежно усилим и шорох листьев, и крики птиц, и все остальное, что шумит вокруг нас. Кому приходилось настраивать приемник на слабую станцию во время грозы, когда голос диктора или музыку заглушает треск атмосферных разрядов, тот знает, что увеличением громкости нельзя улучшить разборчивость передачи. При увеличении громкости сигнала возрастает в такой же мере и громкость помех. Поэтому проблема приема слабых сигналов - это проблема борьбы с помехами.

Любой принимаемый сигнал состоит из двух частей. Одна из них содержит полезную информацию. Она называется полезным сигналом или просто сигналом. Другая часть является помехой. Она поступает в приемник вместе с полезным сигналом, искажает его и затрудняет понимание. Поскольку сигнал и помеха поступают в усилитель одновременно, то, усиливая сигнал, мы усилим и помеху. Успех в приеме информации существенно зависит от того, насколько удается подавить помеху, не повреждая сигнала. Трудности проблемы диагностики, сложность аппаратуры для ее осуществления главным образом определяются необходимостью борьбы с помехами.

Научный фундамент при решении этой задачи дает теория информации. Прием сигналов в условиях помех - основной объект ее исследования. В последующих главах мы познакомимся с методами, которыми сигнал очищается от помехи в системе диагностики. А сейчас только заметим, что борьба с помехами основывается на использовании различий в свойствах сигнала и помехи. Чем больше они отличаются друг от друга, тем легче отделить сигнал от помехи. Такая ситуация напоминает просеивание муки через решето. Чем крупнее примесь, тем легче ее отделить от муки. Поэтому, чтобы научиться хорошо диагностировать машины, нужно обстоятельно изучить свойства сигналов и помех и выявить все их различия.

В диагностике полезным сигналом является колебание механизма, возбуждаемое интересующей нас в данный момент кинематической парой. Именно оно доставляет к датчику информацию о состоянии кинематической пары. Но датчик, установленный на корпусе механизма, воспримет не только его. К нему придут сигналы и от других кинематических пар. Ведь они в это время тоже работают и возбуждают в механизме колебания. Поэтому их следует считать помехой. Они заглушают сигнал от нужной пары и мешают его приему. Чтобы освободить сигнал от воздействия помех, нужно узнать, чем отличаются сигналы, посылаемые различными кинематическими парами. Тогда на пути сигнала можно будет поставить соответствующий фильтр, который пропустит сигнал и задержит помехи.