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信号处理必读资料:是复数但并不复杂的正交信号(万字长文)

 调皮连续波 2022-07-10 发布于贵州
大家好,我是调皮哥,昨天给大家推荐了一篇文章:(推荐必读)为什么FMCW毫米波雷达系统中要使用复基带架构?

今天这篇文章,也是和它相关的,其实算是老文章了,比较经典,来源于:《Quadrature signals: complex,but not complicated》,作者是Richard Lyons。但是,我看以前的版本有的内容翻译的不是很好,于是重新整理了一下,全文有删改和补充,可以结合昨天的文章帮助大家理解雷达系统中的正交信号和复基带架构。

本文全文一万余字,希望大家好好阅读,研究其中精要。文章pdf电子版,关注公众号:【调皮的连续波】,后台回复:“0423”下载,可以作为对照参考,进行学习。

文章中有一句话十分经典:不过,欧拉虽然证明了实正余弦函数与复数的等价,但人们对于这个等价关系的理解如同现代的物理学家们不知道什么是电子,但能理解它的特性一样。这句话非常有哲理,体现了目前我们人类对于物质认识的程度仅限于只知道现象,而并不知道其本质!



1.概述
基于复数的概念的正交信号,以及与正交信号相关的许多如j-operator(算符、算子)、complex(复数的)、imaginary(虚部的)、real(实部的),以及orthogonal(正交的)等专业术语,可能会比其他的课程习题更能令数字信号处理专业的初学者们感到头疼。

如果你有点不确定复数和j=sqrt(-1)(-1开平方根)算子的实际物理意义,没关系,请你不要感到悲伤。因为,甚至是世界最伟大的数学家之一的Karl Gauss(高斯),也曾把j-operator叫做“影子中的影子”。今天在这篇文章当中,我们会剖析这个“影子中的影子”,那样,你就再不用打“正交信号心理热线”求助了。

正交信号处理被广泛用于科学和工程领域,并且用于描述现代数字通信系统中的处理方法和实现。在本文的指导教程中,我们会回顾复数的基础知识,并且理解复数是怎样用于表示正交信号的。接下来,我们会复习正交信号代数符号中负频率的概念,并且,学习使用正交处理的专业术语。另外,我们将用三维的时-频图来解释正交信号的一些实际物理意义。这本文指导教程的最后,简要介绍了怎样通过正交采样的手段生成正交信号。

提出问题:为什么要关心正交信号?

正交信号,也被叫做复信号,在很多数字信号处理应用中被使用,例如:
(1)数字通信系统 (2)雷达系统(重点) (3)无线电测向系统中的到达时间差处理 (4)相参脉冲测量系统 (5)天线波束形成应用 (6)单边带调制器 (7)其他
上述这些应用都属于正交处理的一般范畴,并且通过实现正弦信号相位的相参测量来提供额外的处理能力。

一个正弦信号是一个二维的信号,这个二维信号在某时刻的瞬时值可以用一个有两个部分组成的复数来表示,这两个部分即我们所说的实部和虚部

:real和imaginary 两词很传统,在日常中的意思使它们在这里的使用显得有点不太合适。因此,通信工程师们会使用同相相位和正交相位两个术语,后边更多的使用这两个术语的地方。

下面让我们一起来回顾这些复数的数学表示。

全文未完。。。

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