La teoría de señales y la teoría de sistemas cubren una amplia gama de temas y son muy ricas en contenido. La teoría de señales incluye: análisis de señales, transmisión de señales, procesamiento de señales y síntesis de señales. La teoría de sistemas incluye: análisis de sistemas y síntesis de sistemas. El análisis de señales analiza principalmente la representación de señales, las propiedades de las señales, etc.; el análisis de sistemas estudia principalmente las señales de salida (respuestas) generadas bajo la acción de las señales de entrada (excitaciones) para un sistema determinado (que también es un convertidor o procesador de señales). ). El análisis de señales y el análisis de sistemas están estrechamente relacionados, pero cada uno tiene su propio énfasis. El primero se centra en la representación analítica, propiedades, características, etc. de las señales, mientras que el segundo se centra en las características, funciones, etc. del sistema. En términos generales, el análisis de señales y el análisis de sistemas son la misma base teórica para la transmisión de señales, el procesamiento de señales, la síntesis de señales y la síntesis de sistemas. Este libro estudia principalmente los conceptos básicos y los métodos de análisis básicos del análisis de señales y el análisis de sistemas, a fin de sentar las bases para que los lectores sigan estudiando y estudiando la teoría de circuitos, la teoría de la comunicación, la teoría de control, el procesamiento de señales y la teoría de detección de señales, etc. Ahora, los conceptos de señales y sistemas han penetrado en todos los aspectos de la vida de las personas y de la sociedad. Los teléfonos móviles, televisores, redes de comunicación, redes informáticas, etc. se han convertido en herramientas y equipos de uso común para las personas. Estas herramientas y equipos pueden considerarse sistemas, y la voz, la música, las imágenes, el texto, etc., se pueden transmitir a través de varios dispositivos. considerarse como señales. Las señales se pueden definir en términos generales como ciertas cantidades físicas que cambian con el tiempo o el espacio. Son portadoras y manifestaciones de información, como señales acústicas, señales ópticas, señales eléctricas, etc. Entre las cantidades físicas representadas por muchas señales, las señales eléctricas son las más convenientes para la transmisión, el control y el procesamiento, y también son las señales más fáciles de convertir en cantidades no eléctricas, como presión, temperatura, flujo, velocidad y desplazamiento. , que se pueden convertir en señales a través de sensores. Señales eléctricas, por lo que el estudio de las señales eléctricas es de gran importancia. Generalmente se cree que un sistema se refiere a un todo con funciones específicas que está compuesto por una serie de cosas interrelacionadas e interactuantes de acuerdo con ciertas reglas. La gente se refiere ampliamente al concepto, la teoría y el método de "sistema" en muchos campos, como las ciencias naturales (como la física, la química, la biología), la ingeniería, la economía y la sociedad, y establecen los modelos matemáticos correspondientes de acuerdo con las leyes de cada disciplina. . Investigar sus propios problemas. Por tanto, diferentes sistemas tienen diferentes propiedades y leyes. La tarea del sistema de comunicación es transmitir información (como lenguaje, texto, imágenes, datos, instrucciones, etc.). Para facilitar la transmisión, el equipo de conversión primero convierte la información transmitida en señales correspondientes (como señales eléctricas, señales ópticas, que generalmente son corriente, voltaje o intensidad de luz que cambia con el tiempo) de acuerdo con ciertas reglas, y luego pasa por el canal apropiado (Es decir, el canal de transmisión de señal, como línea de transmisión, cable, espacio, fibra óptica, cable óptico, etc.), transmite la señal al receptor y luego la convierte en sonido, texto, imagen, etc. El filtro en los equipos de comunicación puede considerarse como un sistema simple, mientras que el sistema de comunicación compuesto por satélites síncronos y estaciones terrestres es un sistema compuesto enorme. Las empresas industriales suelen utilizar sistemas de control de procesos controlados por microcomputadoras para detectar, ajustar o controlar varios parámetros del proceso (temperatura, presión, flujo, etc.) en cualquier momento para garantizar el funcionamiento normal del equipo y producir productos calificados. Los ecologistas consideran la relación entre el número de poblaciones biológicas (como bacterias, plagas, peces, etc.) y las limitaciones relacionadas (como drogas, pesca, etc.) como un ecosistema para estudiar la eficacia de los medicamentos, el desarrollo de recursos biológicos y las diferentes poblaciones. . interdependencia y competencia entre ellos. Al analizar varios sistemas con diferentes atributos, el significado físico o social del sistema específico a menudo se abstrae y se abstrae en un modelo idealizado. Varias cantidades que se mueven y cambian en el sistema (como voltaje, corriente, luz, etc.) Fuerza, fuerza, desplazamiento, número de organismos, etc.) se denominan colectivamente señales. Estudiamos los cambios de movimiento de la señal que actúa sobre el sistema a un nivel macro y revelamos el rendimiento general del sistema sin preocuparnos por sus diversos detalles internos. Una señal es una representación de información y la información se transmite a través de señales. El concepto de señal y el concepto de sistema están estrechamente relacionados. La señal se mueve y cambia de acuerdo con ciertas reglas en el sistema. Impulsado por la señal de entrada, el sistema la "procesa" y envía la señal de salida, como se muestra en la Figura 1.1-1. La señal de entrada suele denominarse estímulo y la señal de salida suele denominarse respuesta.
La señal de entrada excita el sistema y la señal de salida responde
Figura 1.1-1 Señal y sistema En los sistemas electrónicos, el sistema suele ser un circuito electrónico y la señal suele ser un voltaje o corriente que cambia con el tiempo. (a veces puede ser una carga o un flujo magnético). Desde un punto de vista matemático, este tipo de señal es función f(t) de la variable independiente t. En un sistema de imágenes ópticas (como una cámara), el sistema consta de una lente y la señal es la escala de grises distribuida en cada punto del espacio, que es función de las coordenadas espaciales bidimensionales x, y. Si la señal de la imagen se está moviendo, se puede expresar como una función f (x, y, t) de las coordenadas espaciales x, y y el tiempo t. Cuando la señal es función de una variable independiente, se llama señal unidimensional. Si la señal es función de n variables independientes, se llama señal n-dimensional. Este libro sólo analiza señales unidimensionales. Este libro toma el análisis en el dominio del tiempo y el análisis del dominio de transformación del sistema como línea principal, integrando el análisis de señales y el análisis del sistema. Mientras estudia la representación y las propiedades del dominio del tiempo y el dominio de la transformada de las señales, también resuelve el problema de análisis de la respuesta de sistemas lineales invariantes en el tiempo (LTI) bajo excitaciones arbitrarias.