13.1 : Сигнал и система

Сигнал x(t) — это набор данных или функция времени, представляющая интересующую переменную. Сигналы обычно передают информацию о каком-либо явлении, таком как атмосферная температура, влажность, человеческий голос, телевизионные изображения, лай собаки или пение птиц. Более обобщенно, сигнал может быть функцией более чем одной независимой переменной. Например, изображения зависят от горизонтального и вертикального положения и могут рассматриваться как двумерные сигналы. Однако, в этом тексте будет сделан акцент на одномерных сигналах, где время является независимой переменной. 

Система — это совокупность устройств, которые воздействуют на входной сигнал x(t) (или возбуждение), чтобы создать выходной сигнал y(t) (или отклик). Система также может рассматриваться как математическая модель физического процесса, которая связывает входной сигнал с выходным. Примеры систем включают электрические цепи, компьютерные программы, фондовый рынок, погодные условия и человеческое тело. 

Система может иметь несколько математических моделей или представлений. Переменные в этих моделях описываются как сигналы, которые могут представлять ток, напряжение или смещение. В электрических системах сигналы часто представляют собой токи и напряжения. В механических системах сигналы, как правило, представляют температуры, силы и скорости. В гидравлических системах сигналы могут быть смещениями и давлениями. 

Мы классифицируем сигналы, поступающие в систему, как входные сигналы, а сигналы, производимые системой, как выходные сигналы. Например, в электрической цепи напряжения и токи как функции времени рассматриваются как сигналы, тогда как сама цепь считается системой. В инженерных системах как входные, так и выходные сигналы могут нести энергию или информацию. 

Эта концепция сигналов и систем является основополагающей для анализа и проектирования систем, способных выполнять определённые операции в различных областях инженерии.