模擬信號(hào)處理概述

模擬信號(hào)是指信息參數(shù)在給定范圍內(nèi)表現(xiàn)為連續(xù)的信號(hào)。 或在一段連續(xù)的時(shí)間間隔內(nèi)，其代表信息的特征量可以在任意瞬間呈現(xiàn)為任意數(shù)值的信號(hào)。模擬信號(hào)主要是與離散的數(shù)字信號(hào)相對(duì)的連續(xù)的信號(hào)。模擬信號(hào)分布于自然界的各個(gè)角落，如氣溫的變化，而數(shù)字信號(hào)是人為的抽象出來的在幅度取值上不連續(xù)的信號(hào)。

電學(xué)上的模擬信號(hào)主要是指幅度和相位都連續(xù)的電信號(hào)，此信號(hào)可以被模擬電路進(jìn)行各種運(yùn)算，如放大，相加，相乘等。模擬信號(hào)是指用連續(xù)變化的物理量表示的信息，其信號(hào)的幅度，或頻率，或相位隨時(shí)間作連續(xù)變化，廣播的聲音信號(hào)，電視的圖像信號(hào)等。模擬信號(hào)的主要優(yōu)點(diǎn)是其精確的分辨率，在理想情況下，它具有無窮大的分辨率。與數(shù)字信號(hào)相比，模擬信號(hào)的信息密度更高。由于不存在量化誤差，它可以對(duì)自然界物理量的真實(shí)值進(jìn)行盡可能逼近的描述。模擬信號(hào)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，當(dāng)達(dá)到相同的效果，模擬信號(hào)處理比數(shù)字信號(hào)處理更簡(jiǎn)單。模擬信號(hào)的處理可以直接通過模擬電路組件(例如運(yùn)算放大器等)實(shí)現(xiàn)，而數(shù)字信號(hào)處理往往涉及復(fù)雜的算法，甚至需要專門的數(shù)字信號(hào)處理器。

模擬信號(hào)的主要缺點(diǎn)是它總是受到雜訊(信號(hào)中不希望得到的隨機(jī)變化值)的影響。信號(hào)被多次復(fù)制，或進(jìn)行長(zhǎng)距離傳輸之后，這些隨機(jī)噪聲的影響可能會(huì)變得十分顯著。在電學(xué)里，使用接地屏蔽(shield)、線路良好接觸、使用同軸電纜或雙絞線，可以在一定程度上緩解這些負(fù)面效應(yīng)。噪聲效應(yīng)會(huì)使信號(hào)產(chǎn)生有損。有損后的模擬信號(hào)幾乎不可能再次被還原，因?yàn)閷?duì)所需信號(hào)的放大會(huì)同時(shí)對(duì)噪聲信號(hào)進(jìn)行放大。如果噪聲頻率與所需信號(hào)的頻率差距較大，可以通過引入電子濾波器，過濾掉特定頻率的噪聲，但是這一方案只能盡可能地降低噪聲的影響。因此，在噪聲在作用下，雖然模擬信號(hào)理論上具有無窮分辨率，但并不一定比數(shù)字信號(hào)更加精確。盡管數(shù)字信號(hào)處理算法相對(duì)復(fù)雜，但是現(xiàn)有的數(shù)字信號(hào)處理器可以快速地完成這一任務(wù)。另外，計(jì)算機(jī)等系統(tǒng)的逐漸普及，使得數(shù)字信號(hào)的傳播、處理都變得更加方便。諸如照相機(jī)等設(shè)備都逐漸實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，盡管它們最初必須以模擬信號(hào)的形式接收真實(shí)物理量的信息，最后都會(huì)通過模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，以方便計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，或通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行傳輸。

模擬信號(hào)的變換與處理是直接對(duì)連續(xù)時(shí)間信號(hào)進(jìn)行分析處理的過程，是利用一定的數(shù)學(xué)模型所組成的運(yùn)算網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)的.從廣義講，它包括了調(diào)制、濾波、放大、微積分、乘方、開方、除法運(yùn)算等.模擬信號(hào)分析的目的是便于信號(hào)的傳輸與處理，例如，信號(hào)調(diào)制后的放大與遠(yuǎn)距離傳輸;利用信號(hào)濾波實(shí)現(xiàn)剔除噪聲與頻率分析;對(duì)信號(hào)的運(yùn)算估值，以獲取特征參數(shù)等。盡管數(shù)字信號(hào)分析技術(shù)已經(jīng)獲得了很大發(fā)展，但模擬信號(hào)分析仍然是不可少的，即使在數(shù)字信號(hào)分析系統(tǒng)中，也要加以模擬分析設(shè)備.例如，對(duì)連續(xù)時(shí)問信號(hào)進(jìn)行數(shù)字分析之前的抗頻混濾波，信號(hào)處理以后的顯示記錄等。傳感器輸出的電信號(hào)，大多數(shù)不能直接輸送到顯示、記錄或分析儀器中去。其主要原因是：大多數(shù)傳感器輸出的電信號(hào)很微弱,需要進(jìn)一步放大，有的還要進(jìn)行阻抗變換;有些傳感器輸出的是電參量，要轉(zhuǎn)換為電能量;輸出信號(hào)中混雜有干擾噪聲，需要去掉噪聲，提高信噪比;若測(cè)試工作僅對(duì)部分頻段的信號(hào)感興趣，則有必要從輸出信號(hào)中分離出所需的頻率成分;當(dāng)采用數(shù)字式儀器、儀表和計(jì)算機(jī)時(shí)，模擬輸出信號(hào)還要轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)等等。因此，傳感器的輸出信號(hào)要經(jīng)過適當(dāng)?shù)恼{(diào)理，使之與后續(xù)測(cè)試環(huán)節(jié)相適應(yīng)。常用的信號(hào)調(diào)理環(huán)節(jié)有：電橋、放大器、濾波器、調(diào)制器與解調(diào)器等。