13.1 : الإشارة والنظام

الإشارة x(t) هي مجموعة من البيانات أو دالة زمنية تمثل متغيرًا ذا أهمية. تنقل الإشارات عادةً معلومات حول ظاهرة ما، مثل درجة حرارة الغلاف الجوي، أو الرطوبة، أو الصوت البشري، أو صور التلفاز، أو نباح الكلب، أو أصوات الطيور. وبشكل عام، يمكن أن تكون الإشارة دالة لأكثر من متغير مستقل. على سبيل المثال، تعتمد الصور على المواضع الأفقية والرأسية ويمكن اعتبارها إشارات ثنائية الأبعاد. ومع ذلك، سيركز هذا النص على الإشارات أحادية البعد مع الوقت كمتغير مستقل.

النظام هو مجموعة من الأجهزة التي تعمل على إشارة إدخال x(t) (أو إثارة) لإنتاج إشارة إخراج y(t) (أو استجابة). يمكن أيضًا اعتبار النظام نموذجًا رياضيًا لعملية فيزيائية تربط إشارة الإدخال بإشارة الإخراج. تشمل أمثلة الأنظمة الدوائر الكهربائية وبرامج الكمبيوتر وسوق الأوراق المالية وأنماط الطقس وجسم الإنسان.

قد يحتوي النظام على العديد من النماذج أو التمثيلات الرياضية. تُوصَف المتغيرات في هذه النماذج بأنها إشارات، والتي قد تمثل التيار أو الجهد أو الإزاحة. في الأنظمة الكهربائية، غالبًا ما تكون الإشارات عبارة عن تيارات وجهد. في الأنظمة الميكانيكية، تكون الإشارات عادةً عبارة عن درجات حرارة وقوى وسرعات. في الأنظمة الهيدروليكية، قد تكون الإشارات عبارة عن إزاحات وضغوط.

نصنف الإشارات التي تدخل النظام كإشارات إدخال، في حين تكون الإشارات التي ينتجها النظام عبارة عن إشارات إخراج. على سبيل المثال، في الدائرة الكهربائية، تعتبر الجهد والتيارات كدوال للزمن إشارات، في حين تُعتبر الدائرة نفسها نظامًا. في الأنظمة الهندسية، قد تحمل كل من إشارات الإدخال والإخراج طاقة أو معلومات.

يعد هذا الإطار من الإشارات والأنظمة أساسيًا لتحليل وتصميم الأنظمة القادرة على عمليات محددة في مجالات هندسية مختلفة.