WPROWADZENIE

WPROWADZENIE
Prezentowana książka zawiera wybór opracowań zredagowanych przez pracowników Katedry Telekomunikacji i Aparatury Elektronicznej Wydziału Elektrycznego
Politechniki Białostockiej. Stanowi ona swego rodzaju podsumowanie prowadzonych w katedrze prac badawczych i rozwojowych w zakresie ujętym w tytule monografii.
Zagadnienia analizy i syntezy układów, przetwarzania sygnałów oraz ochrony
przed zakłóceniami w systemach telekomunikacyjnych i pomiarowych od lat stanowią rdzeń zainteresowań badawczych pracowników Katedry. Można je podzielić
na cztery grupy, w sposób podobny do podziału treści niniejszej książki.
Część pierwsza poświęcona jest opracowaniu i projektowaniu układów radioelektronicznych i radiokomunikacyjnych, w tym antenowych i wielowrotnikowych,
oraz problemom analizy sygnałów w szerokopasmowych systemach radiowych.
Część ta zawiera pięć rozdziałów.
W rozdziale 1 przedstawiono modele matematyczne, właściwości i zasady zastosowania trzech typów macierzy rozproszenia, w tym dwóch klasycznych oraz
nowej macierzy rozproszenia, znormalizowanej względem pełnej macierzy impedancji sprzężonych generatorów. Przedstawiono przykłady analizy komputerowej
parametrów i elementów tych macierzy. Zaprezentowane macierze mogą być zastosowane do opracowania optymalnych wielowrotnikowych układów wzbudzenia
i promieniowania oraz analizy rozkładu sygnałów i ich zniekształceń w różnorodnych systemach tele- i radiokomunikacyjnych.
Rozdział 2 poświęcony jest analizie spektrogramów Fouriera sygnałów ultraszerokopasmowych (ang. Ultra-Wideband – UWB) systemów radiowych. Opisano
podstawy teoretyczne spektrogramów Fouriera z zastosowaniem czasowoczęstotliwościowej krótkoczasowej transformaty Fouriera z przesuwającym się
oknem (ang. Short Time Fourier Transform – STFT). Przedstawiono parametry
i widma różnych okien czasowych, zaprezentowano wyniki analizy spektrogramów Fouriera dla różnych sygnałów UWB, w tym wypromieniowanych przez
anteny i zastosowanych w liniach radiowych.
W rozdziale 3 przedstawiono wyniki komputerowego projektowania, analizy
i pomiarów całego szeregu planarnych anten i układów antenowych UWB do zastosowań w systemach telekomunikacyjnych ultraszerokopasmowego radia impul5
sowego IR-UWB. Wszystkie zaprezentowane anteny i układy antenowe zostały
wykonane przez autora, mają optymalne dopasowanie w szerokim paśmie częstotliwości, a ich parametry zostały zweryfikowane doświadczalnie.
W rozdziale 4 zaprezentowano podstawowe struktury i wyniki symulacji komputerowych szerokopasmowych wzmacniaczy wielokanałowych do zastosowania
we współczesnych systemach radiokomunikacji z wielodostępem przestrzennym
SDMA (ang. Spatial Division Multiple Access), w tym w systemach MIMO. Systemy te wykorzystują dość rozbudowane anteny i szyki antenowe, a także odpowiednie wielowrotnikowe układy wzbudzania anten z podziałem fazowym i częstotliwościowym.
W rozdziale 5 przeanalizowano wymagania normatywne dotyczące kompatybilności elektromagnetycznej oraz szerokopasmowych zakłóceń promieniowanych
w aktualnie stosowanych rozwiązaniach technicznych dla sieci telewizji kablowej.
Przedstawiono także przykłady pomiarowe, pokazujące spotykane w rzeczywistości przypadki szerokopasmowych wycieków elektromagnetycznych z sieci telewizji kablowej.
Część druga, składająca się z rozdziałów 6–8, dotyczy zagadnień ochrony odgromowej i przed przepięciami urządzeń i systemów elektrycznych i elektronicznych.
W rozdziale 6, według przyjętej numeracji, opisano badania problemu ekranowania budynków i pomieszczeń dla ochrony przed oddziaływaniem pola elektromagnetycznego wyładowań atmosferycznych. Przedyskutowano najważniejsze
wymagania sformułowane w normie PN-EN 62305-4 dotyczące tego zagadnienia
oraz przedstawiono wybrane wyniki badań autorskich, wskazując na potrzebę dalszych prac normalizacyjnych w tym zakresie.
Rozdział 7 poświęcony jest badaniom zagrożeń powodowanych przez bezpośrednie wyładowania piorunowe. Opisano zastosowaną metodykę badań rozpływu
udarów prądowych i rozkładu potencjału, a wybrane metody zilustrowano przykładowymi wynikami symulacyjnych badań terenowych i obliczeniowych.
W rozdziale 8 opisano badania laboratoryjne ograniczników przepięć różnych
producentów, które przeprowadzono w celu sprawdzenia spełniania wymagań odpowiednich norm. Okazało się, że większość dostępnych na rynku ograniczników
przepięć nie jest w stanie wytrzymać energii wymaganych udarów. Przedyskutowano możliwe skutki stosowania takich ograniczników.
Część trzecia monografii jest złożona z czterech rozdziałów, związanych tematycznie z estymacją parametrów sygnałów oraz z ich przetwarzaniem w obecności
zakłóceń. Szczególne znaczenie w badaniu sygnałów mają zagadnienia związane
z ich przetwarzaniem, w tym z filtracją, detekcją i klasyfikacją, a także z modelowaniem zakłóceń i zniekształceń występujących w systemach transmisyjnych.
W rozdziale 9 przedstawiono algorytmy cyfrowego przetwarzania sygnałów
stosowane w rozpoznaniu modulacji częstotliwościowych deterministycznych sygnałów niestacjonarnych. Zaproponowano metody czas–częstotliwość oraz filtra6
cję dopasowaną na bazie uogólnionej transformacji świergotowej do określenia
wielomianowego prawa modulacji sygnału odebranego przez odbiornik.
Rozdział 10 dotyczy zagadnień związanych z odpornością systemów wielosensorowych na zakłócenia anomalne, czyli zakłócenia o wyższym poziomie lub
o charakterystykach innych niż typowe dla danego systemu. Omówiono wrażliwość powszechnie stosowanych algorytmów fuzji na te zakłócenia oraz zaproponowano dwa algorytmy fuzji danych (fuzja estymat i fuzja pomiarów), zaprojektowane dla systemów podlegających znacznym zakłóceniom anomalnym.
W rozdziale 11 przeanalizowano możliwość wykorzystania podpróbkowania
sygnału okresowego w przypadku, gdy okres mierzonego sygnału jest wielokrotnie
krótszy od okresu próbkowania. Oszacowano dokładność pomiarów w funkcji
błędów częstotliwości próbkowania i szumów przetwornika pomiarowego. Zaproponowano algorytmy wykorzystujące technikę podpróbkowania sygnału do wyznaczania podstawowych parametrów układów liniowych i nieliniowych.
Rozdział 12 obejmuje przegląd wybranych metod estymacji wielowymiarowych rozkładów prawdopodobieństwa, ze szczególnym uwzględnieniem zaproponowanych przez autora metod semiparametrycznych, oraz zawiera opis algorytmów generacji wielowymiarowych zmiennych losowych. Zaprezentowane metody
i algorytmy mogą być wykorzystywane do modelowania i symulacji złożonych
systemów telekomunikacyjnych, np. bezprzewodowych sieci sensorowych.
Ostatnia, czwarta część monografii zawiera trzy rozdziały i jest związana
z problematyką zakłóceń występujących w praktycznych zastosowaniach, obejmujących wybrane systemy przemysłowe, pomiarowe i telekomunikacyjne. Aspekty
przemysłowe oraz pomiarowe dotyczą implementacji algorytmów cyfrowego przetwarzania sygnałów. Problematyka związana z telekomunikacją dotyczy interferencji w radiowych kanałach transmisyjnych oraz analizy wpływu tych zakłóceń na
przepustowość sieci.
W rozdziale 13 opisano wybrane metody estymacji stanu wraz z rozwiązaniami aplikacyjnymi na przykładzie systemu pomiarowego (fotometr płomieniowy)
oraz kontrolno-pomiarowego (system śledzenia spoiny spawalniczej). Zastosowano w nich filtrację Kalmana oraz metodę estymacji nieliniowej odpornej na anomalne zakłócenia impulsowe. W systemie śledzącym zaproponowano algorytm
wykrywania krawędzi ukosowanych blach lub spoin.
W rozdziale 14 przedstawiona została implementacja algorytmów przetwarzania obrazów oraz metod pomiarowych stosowanych do celów diagnostyki medycznej. Przeanalizowano przyczyny powstawania zakłóceń wyników pomiarów
w odniesieniu do wybranych części układu kostnego człowieka, szczególnie dzieci,
które są istotne dla prawidłowego poruszania się. Badano obrazy radiologiczne
stawów biodrowego i skokowego, dla których liczba występujących wad wrodzonych jest statystycznie znacząca.
7
W rozdziale 15 zawarto rezultaty eksperymentalnych badań mających na celu
określenie wzajemnego wpływu bezprzewodowych sieci lokalnych Wi-Fi, pracujących w tym samym obszarze. Odpowiada to często spotykanej w praktyce sytuacji,
gdy ze względu na ograniczone zasoby częstotliwościowe sieci pracują z wykorzystaniem całkowicie lub częściowo pokrywających się kanałów częstotliwościowych.
Przedstawione rozdziały są reprezentatywne dla zakresu zainteresowań pracowników, ale nie wyczerpują licznej grupy zagadnień, które stanowiły w minionych latach przedmiot badań w Katedrze Telekomunikacji i Aparatury Elektronicznej. Monografię tę można traktować jako przedstawienie możliwości pracowników naukowych katedry i ofertę współpracy z innymi ośrodkami zajmującymi
się podobną tematyką.
Karol Aniserowicz
8