चर्प

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रेखीय चिर तरंग, ज्यावक्रीय तरंग जो समय के साथ रैखिक रूप से आवृत्ति में बढ़ती है

चिरप एक संकेत है जिसमें समय के साथ आवृत्ति बढ़ती (अप-चिरप) या घटती (डॉउन-चिरप) है। कुछ स्रोतों में, चिरप शब्द का उपयोग स्वीप संकेत के साथ एक दूसरे के रूप में किया जाता है। यह सामान्यतः सोनार, रडार और लेजर प्रणाली और अन्य अनुप्रयोगों जैसे विस्तार-स्पेक्ट्रम संचार (चिरप विस्तार स्पेक्ट्रम देखें) में लागू होता है। यह संकेत प्रकार जैविक रूप से प्रेरित है और प्रसार (तरंग घटकों की आवृत्ति और प्रसार गति के बीच एक गैर-रैखिक निर्भरता) के कारण एक घटना के रूप में होता है। प्रायः मेल खाने वाले फिल्टर का उपयोग करके प्रतिपूर्ति की जाती है, जो प्रचार चैनल का भाग हो सकता है। हालांकि, प्रदर्शन के विशिष्ट माप के आधार पर, रडार और संचार दोनों के लिए बेहतर तकनीकें हैं। चूंकि इसका उपयोग राडार और अंतरिक्ष में किया जाता था, इसलिए इसे संचार मानकों के लिए भी अपनाया गया है। स्वचालित रडार अनुप्रयोगों के लिए, इसे प्रायः रैखिक आवृत्ति संग्राहक तरंग (LFMW) कहा जाता है।

विस्तार-स्पेक्ट्रम उपयोग में, सतह ध्वनिक तरंग (एसएडब्ल्यू) उपकरणों का उपयोग प्रायः चिरप्ड संकेतों को उत्पन्न करने और डिमॉड्यूलेट करने के लिए किया जाता है। प्रकाशिकी में, अतिलघु लेजर स्पंदन भी चिरप प्रदर्शित करते हैं, जो प्रकाशीय संचरण प्रणाली में, पदार्थ के प्रसार गुणों के साथ संपर्क करते है, संकेत के प्रसार के रूप में कुल पल्स प्रसार को बढ़ाता या घटाता है। नाम पक्षियों द्वारा की गई चहकती आवाज का संदर्भ है पक्षी स्वर देखें।

परिभाषाएँ

यहाँ मूल परिभाषाएँ सामान्य भौतिकी मात्रा स्थान (चरण), गति (कोणीय वेग), त्वरण (सजीवता) के रूप में अनुवाद करती हैं। यदि एक तरंग रूप को इस प्रकार परिभाषित किया गया है-

$x(t)=\sin \left(\phi (t)\right)$

तब तात्कालिक कोणीय आवृत्ति, ω, को चरण दर के रूप में परिभाषित किया जाता है, जैसा कि चरण के पहले व्युत्पन्न द्वारा दिया जाता है, तात्कालिक सामान्य आवृत्ति के साथ, f, इसका सामान्यीकृत संस्करण है-

$\omega (t)={\frac {d\phi (t)}{dt}},\,f(t)={\frac {\omega (t)}{2\pi }}$

अंत में, तात्कालिक कोणीय सजीवता, γ, को तात्कालिक चरण के दूसरे व्युत्पन्न या तात्कालिक कोणीय आवृत्ति के पहले व्युत्पन्न के रूप में परिभाषित किया गया है, तात्कालिक सामान्य सजीवता के साथ, c, इसका सामान्यीकृत संस्करण है-

$\gamma (t)={\frac {d^{2}\phi (t)}{dt^{2}}}={\frac {d\omega (t)}{dt}},\;c(t)={\frac {\gamma (t)}{2\pi }}={\frac {df}{dt}}$

इस प्रकार सजीवता तात्कालिक आवृत्ति के परिवर्तन की दर है।

प्रकार

रेखीय

File:LinearChirpMatlab.png

एक रैखिक चिरप का स्पेक्ट्रोग्राम। स्पेक्ट्रोग्राम प्लॉट समय के फलन के रूप में आवृत्ति में परिवर्तन की रैखिक दर को प्रदर्शित करता है, इस स्थिति में 0 से 7 किलोहर्ट्ज़ (kHz) तक, प्रत्येक 2.3 सेकंड में पुनरावृत्ति करता है। संकेतित आवृत्ति और समय पर प्लॉट की तीव्रता संकेत में ऊर्जा सामग्री के समानुपाती होती है।

एक रेखीय-आवृत्ति चिरप या केवल रेखीय चिरप में, तात्कालिक आवृत्ति $f(t)$ समय के साथ बिल्कुल रैखिक रूप से भिन्न होती है-

$f(t)=ct+f_{0}$,

जहां $f_{0}$ प्रारंभिक आवृत्ति (समय $t=0$ पर) है और $c$ चिरप दर है, जिसे स्थिर मान लिया गया है-

$c={\frac {f_{1}-f_{0}}{T}}$.

यहाँ, $f_{1}$ अंतिम आवृत्ति है और $T$ वह समय है जो इसे $f_{0}$ से $f_{1}$ तक स्वीप करने में लगता है।

किसी भी दोलन संकेत के चरण के लिए संबंधित समय-क्षेत्र फलन आवृत्ति फलन का अभिन्न अंग है, क्योंकि चरण को $\phi (t+\Delta t)\simeq \phi (t)+2\pi f(t)\,\Delta t$ की तरह बढ़ने की अपेक्षा करता है, अर्थात, चरण का व्युत्पन्न कोणीय आवृत्ति $\phi '(t)=2\pi \,f(t)$ है।

रैखिक चिरप के लिए, इसका परिणाम है-

${\begin{aligned}\phi (t)&=\phi _{0}+2\pi \int _{0}^{t}f(\tau )\,d\tau \\&=\phi _{0}+2\pi \int _{0}^{t}\left(c\tau +f_{0}\right)\,d\tau \\&=\phi _{0}+2\pi \left({\frac {c}{2}}t^{2}+f_{0}t\right),\end{aligned}}$

जहां $\phi _{0}$ प्रारंभिक चरण (समय पर $t=0$) है। इस प्रकार इसे द्विघात-चरण संकेत भी कहा जाता है।

ज्यावक्रीय रेखीय चिरप के लिए संबंधित समय-क्षेत्र फलन रेडियंस में चरण का साइन है-

$x(t)=\sin \left[\phi _{0}+2\pi \left({\frac {c}{2}}t^{2}+f_{0}t\right)\right]$

घातांक

File:Exponentialchirp.png

घातीय चिरप तरंगरूप, ज्यावक्रीय तरंग जिसकी आवृत्ति समय के साथ घातीय रूप से बढ़ती है

घातीय चिरप का स्पेक्ट्रोग्राम। आवृत्ति के परिवर्तन की घातीय दर को समय के फलन के रूप में दिखाया गया है, इस स्थिति में लगभग 0 से 8 किलोहर्ट्ज़ (kHz) तक प्रत्येक सेकंड पुनरावृत्ति करता है। इस स्पेक्ट्रोग्राम में भी दिखाई दे रहा है, शीर्ष के बाद 6 किलोहर्ट्ज़ (kHz) की आवृत्ति कम हो जाती है, संभवतः तरंग उत्पन्न करने के लिए नियोजित विशिष्ट विधि का एक विरूपण साक्ष्य है।

ज्यामितीय चिरप में, जिसे घातीय चिरप भी कहा जाता है, संकेत की आवृत्ति समय के साथ ज्यामितीय संबंध के साथ बदलती रहती है। दूसरे शब्दों में, यदि तरंग रूप में दो बिंदुओं को चुना जाता है, $t_{1}$ और $t_{2}$, और उनके बीच का समय अंतराल $t_{2}-t_{1}$ स्थिर रखा जाता है, तो आवृत्ति अनुपात $f\left(t_{2}\right)/f\left(t_{1}\right)$ भी स्थिर रहेगा।

घातीय चिरप में, संकेत की आवृत्ति समय के फलन के रूप में घातीय रूप से भिन्न होती है-

$f(t)=f_{0}k^{t}$

जहाँ $f_{0}$ प्रारंभिक आवृत्ति ($t=0$ पर) है, और $k$ आवृत्ति में घातीय परिवर्तन की दर है। रेखीय चिरप के विपरीत, जिसमें निरंतर सजीवता है, घातीय चिरप में घातीय रूप से बढ़ती आवृत्ति दर होती है।

$k=\left({\frac {f_{1}}{f_{0}}}\right)^{\frac {1}{T}}$

एक घातीय चिरप के चरण के लिए संबंधित समय-क्षेत्र फलन आवृत्ति का अभिन्न अंग है-

${\begin{aligned}\phi (t)&=\phi _{0}+2\pi \int _{0}^{t}f(\tau )\,d\tau \\&=\phi _{0}+2\pi f_{0}\int _{0}^{t}k^{\tau }d\tau \\&=\phi _{0}+2\pi f_{0}\left({\frac {k^{t}-1}{\ln(k)}}\right)\end{aligned}}$

जहाँ $\phi _{0}$ प्रारंभिक चरण ($t=0$ पर) है।

ज्यावक्रीय घातीय चिरप के लिए संबंधित समय-क्षेत्र फलन रेडियन में चरण का साइन है-

$x(t)=\sin \left[\phi _{0}+2\pi f_{0}\left({\frac {k^{t}-1}{\ln(k)}}\right)\right]$

जैसा कि रैखिक चिरप की स्थिति में था, घातीय चिरप की तात्कालिक आवृत्ति में अतिरिक्त अनुकंपी के साथ मौलिक आवृत्ति $f(t)=f_{0}k^{t}$ सम्मिलित होती है।

अतिपरवलयिक

अतिपरवलयिक चिरप्स का उपयोग रडार अनुप्रयोगों में किया जाता है, क्योंकि वे डॉपलर प्रभाव से विकृत होने के बाद अधिकतम मिलान वाली फ़िल्टर प्रतिक्रिया दिखाते हैं।

अतिपरवलयिक चिरप में, संकेत की आवृत्ति समय के फलन के रूप में अतिपरवलयिक रूप से भिन्न होती है-

$f(t)={\frac {f_{0}f_{1}T}{(f_{0}-f_{1})t+f_{1}T}}$

अतिपरवलयिक चिरप के चरण के लिए संबंधित समय-क्षेत्र फलन आवृत्ति का अभिन्न अंग है-

${\begin{aligned}\phi (t)&=\phi _{0}+2\pi \int _{0}^{t}f(\tau )\,d\tau \\&=\phi _{0}+2\pi {\frac {-f_{0}f_{1}T}{f_{1}-f_{0}}}\ln \left(1-{\frac {f_{1}-f_{0}}{f_{1}T}}t\right)\end{aligned}}$

जहाँ $\phi _{0}$ प्रारंभिक चरण ($t=0$ पर) है।

ज्यावक्रीय अतिपरवलयिक चिरप के लिए संबंधित समय-क्षेत्र फलन रेडियंस में चरण का साइन है-

$x(t)=\sin \left[\phi _{0}+2\pi {\frac {-f_{0}f_{1}T}{f_{1}-f_{0}}}\ln \left(1-{\frac {f_{1}-f_{0}}{f_{1}T}}t\right)\right]$

उत्पादन

वोल्टेज-नियंत्रित दोलक (VCO) और रैखिक या घातीय रूप से रैंपिंग नियंत्रण वोल्टेज के माध्यम से एनालॉग विद्युत् परिपथ तंत्र के साथ चिरप संकेत उत्पन्न किया जा सकता है। यह डिजिटल संकेत प्रोसेसर (डीएसपी) और डिजिटल-से-एनालॉग परिवर्तक (डीएसी) द्वारा प्रत्यक्ष डिजिटल संश्लेषक (डीडीएस) का उपयोग करके और संख्यात्मक रूप से नियंत्रित दोलक में चरण को अलग करके डिजिटल रूप से उत्पन्न किया जा सकता है। इसे वाईआईजी (YIG) दोलक द्वारा भी उत्पन्न किया जा सकता है।

आवेग संकेत से संबंध

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चिरप और आवेग संकेत और उनके (चयनित) वर्णक्रमीय घटक। नीचे चार एकवर्णी घटक, विभिन्न आवृत्ति की साइन तरंगें दी गई हैं। तरंगों में लाल रेखा अन्य साइन तरंगों के सापेक्ष चरण परिवर्तन देती है, जो कि चिरप विशेषता से उत्पन्न होती है। एनीमेशन चरण परिवर्तन को क्रमशः (जैसे कि मिलान फ़िल्टरिंग के साथ) हटा देता है जिसके परिणामस्वरूप सिंक पल्स होता है जब कोई सापेक्ष चरण परिवर्तन नहीं बचता है।

चिरप संकेत एक ही वर्णक्रमीय सामग्री को आवेग संकेत के साथ साझा करता है। हालाँकि, आवेग संकेत के विपरीत, चिरप संकेत के वर्णक्रमीय घटकों के अलग-अलग चरण होते हैं, अर्थात, उनकी शक्ति स्पेक्ट्रा समान होती है लेकिन चरण स्पेक्ट्रा अलग होती है। संकेत प्रसार माध्यम के प्रसार के परिणामस्वरूप आवेग संकेतों के चिरप्स में अनजाने में रूपांतरण हो सकता है। दूसरी ओर, कई व्यावहारिक अनुप्रयोग, जैसे चिरप्ड पल्स प्रवर्धकों या प्रतिध्वनि निर्धारण प्रणाली, आवेगों के स्थान पर चिरप संकेतों का उपयोग करते हैं क्योंकि उनके स्वाभाविक रूप से निचले शिखर-से-औसत शक्ति अनुपात (पीएपीआर) होते हैं।

उपयोग और घटनाएं

चिरप मॉडुलन

1954 में सिडनी डार्लिंगटन द्वारा डिजिटल संचार के लिए चिरप मॉडुलन या रैखिक आवृत्ति मॉडुलन का पेटेंट कराया गया था, जिसमें 1962 में विंकलर द्वारा किए गए महत्वपूर्ण कार्य सम्मिलित थे। इस प्रकार के मॉडुलन में ज्यावक्रीय तरंगों का प्रयोग किया जाता है, जिनकी तात्कालिक आवृत्ति समय के साथ रैखिक रूप से बढ़ती या घटती है। इन तरंगों को प्रायः रैखिक चिरप या केवल चिरप के रूप में जाना जाता है।

इसलिए जिस दर से उनकी आवृत्ति में परिवर्तन होता है उसे चिरप दर कहा जाता है। बाइनरी चिरप मॉडुलन में, बाइनरी डेटा बिट्स को विपरीत चिरप दरों के चिरप में मैप करके प्रेषित किया जाता है। उदाहरण के लिए, एक बिट अवधि में "1" को सकारात्मक दर a और "0" के साथ चिरप को ऋणात्मक दर -a के साथ निर्धारित किया जाता है। रडार अनुप्रयोगों में चिरप्स का अत्यधिक उपयोग किया गया है और इसके परिणामस्वरूप संचरण के लिए उन्नत स्रोत और रैखिक चिर्प्स के अधिग्रहण के लिए मिलान किए गए फिल्टर उपलब्ध हैं।

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(ए) छवि प्रसंस्करण में, प्रत्यक्ष आवधिकता सम्भवतः ही कभी होती है, बल्कि, परिप्रेक्ष्य में आवधिकता का सामना करना पड़ता है। (बी) खिड़कियों के अंदर बारी-बारी से अंधेरे स्थान, और सफेद कंक्रीट के प्रकाश स्थान, दाईं ओर "चिरप" (आवृत्ति में वृद्धि) जैसी दोहराई जाने वाली संरचनाएं। (सी) इस प्रकार छवि प्रसंस्करण के लिए सबसे उपयुक्त चिरप प्रायः एक प्रक्षेपी चिरप है।

चिरपलेट रूपांतरण

Main article: चिरपलेट रूपांतरण

एक अन्य प्रकार का चिरप प्रक्षेप्य चिरप है, इस रूप का-

$g=f\left[{\frac {a\cdot x+b}{c\cdot x+1}}\right]$,

तीन पैरामीटर a (पैमाना), b (अनुवाद), और c (सजीवता) होना। प्रक्षेपी चिरप छवि प्रसंस्करण के लिए आदर्श रूप से उपयुक्त है, और प्रक्षेपी चिरपलेट रूपांतरण के लिए आधार बनाता है।

कुंजी चिरप

आरएफ (RF) दोलक में खराब स्थिरता के कारण वांछित आवृत्ति से मोर्स कोड की आवृत्ति में परिवर्तन को चिरप के रूप में जाना जाता है, और आर-एस-टी (R-S-T) प्रणाली में एक संलग्न अक्षर 'C' दिया जाता है।

यह भी देखें

• चिरप स्पेक्ट्रम - चिरप संकेतों की आवृत्ति स्पेक्ट्रम का विश्लेषण
• चिरप संपीडन - संपीडन तकनीकों पर अधिक जानकारी
• चिरप विस्तार स्पेक्ट्रम - वायरलेस दूरसंचार मानक IEEE 802.15.4a CSS का एक भाग
• चिरप्ड दर्पण
• चिरप्ड पल्स प्रवर्धन
• चिरपलेट रूपांतरण - स्थानीय चिरप फलनों के एक समूह पर आधारित संकेत प्रतिनिधित्व।
• सतत तरंग रडार
• प्रसार (प्रकाशिकी)
• पल्स संपीडन
• रेडियो प्रसारण

बाहरी संबंध

• Online Chirp Tone Generator (WAV file output)
• CHIRP Sonar on FishFinder
• CHIRP Sonar on FishFinder