Классификация и модельное представление сигналов

Под сигналом понимается физический процесс, несущий сообщение о каком-либо событии или состоянии объекта и протекающий в пространстве и во времени и охватывающий определенный спектральный диапазон длин волн, т. е. это материальная (физическая) форма представления сообщения для передачи по каналу. В реальных каналах передачи сообщений (КПС) в зависимости от физической природы носителя сигнала различают:

Электромагнитные и, в частности, оптические, или радиоэлектронные носители,
Акустические носители,
Механические носители,
Электрические носители.

Физической величиной (основным информационным параметром), определенным образом связанной с передаваемым сообщением, определяющей характер сигнала и зависящей от пространственных координат и времени, может быть:

Напряженность электрического поля в электромагнитной волне U e l k ,
Яркость L или освещенность E соответственно в пространстве предметов и изображений,
Поток излучения,
Напряжение,
Ток,
Заряд,
Давление в акустической волне.

испускания,
отражения,
прохождения излучения.

Один или несколько параметров функции, описывающей физический процесс (сигнал), изменяются в соответствии с некоторой зависимостью, которая характеризует содержание передаваемого сообщения. Информационными параметрами сигнала являются:

амплитуда (интенсивность),
частота,
фаза,
длительность,
ширина спектра,
время запаздывания,
направление распространения волны,
поляризационные параметры.

Такое преобразование может быть заложено как в самом процессе функционирования объекта, так и осуществляться в результате модуляции (управления) сигнала. Основная характеристика процесса модуляции - степень соответствия между изменением параметра сигнала и модулирующим сигналом. Сигналы могут преобразовываться из одного вида в другой, более удобный, без изменения несомого ими сообщения для последующей:

передачи;
переработки;
управления;
отображения;
хранения или целенаправленного изменения информации, имеющейся в сообщении. В подсистемах КПС таким специфическим (типовым) преобразованием является трансформация пространственно-временного сигнала во временной (в частности, электрический) и обратно.

произвольные по величине и непрерывные по координатам;
произвольные по величине и дискретные по координатам;
квантованные по величине и непрерывные по координатам;
квантованные по величине и дискретные по координатам.

Сигналы первого класса иногда называют аналоговыми, или непрерывными, так как они считаются заданными на несчетном (континуальном) множестве пространственно-временных точек. По величине они принимают любое значение в определенном интервале, но могут иметь разрывы. Принято называть такие сигналы континуальными пространственно-временными сигналами.
К сигналам второго класса относятся сигналы, заданные при дискретных значениях аргументов, т. е. на счетном множестве пространственно-временных точек. Такие сигналы называют дискретными. Так как величина сигнала может принимать любые значения, то термин дискретный характеризует способ его задания на пространственно-временных осях. При этом преобразование дискретного сообщения в дискретный сигнал называется кодированием.
Третий класс составляют сигналы, квантованные по уровню. Они заданы во всех пространственно-временных точках, однако могут принимать лишь дискретные значения.
В четвертом классе сигналов квантование используют с целью последующей электронной обработки сигналов в цифровой форме с помощью цифрового кодирования. Уровни сигнала нумеруются числами с конечным числом разрядов, так что сообщение превращается в последовательность двоично-кодированных чисел. Поэтому квантованный по уровню и дискретный по координатам сигнал называют цифровым.

Таким образом выделяют: 1) континуальные; 2) дискретные; 3) квантованные; и 4) цифровые сигналы. При этом термин дискретный применяется по отношению к дискретизации по координатам. Дискретизация по уровню называется квантованием. При формальном описании сигналов в первую очередь выделяются две наиболее общие характеристики:

множество значений, которые могут принимать сами сигналы;
множество значений, которые могут принимать их математические представления (формулы).

Исходя из этого, ниже будет представлена следующая классификация сигналов (для классификации могут быть использованы разные критерии, поэтому можно предположить и разные классы сигналов).

Пространственный и временной сигналы

Пространственный сигнал - зависит только от пространственных координат. Наиболее часто используемый, двумерный сигнал. Модель – S ( x , y ) .
Временной сигнал - зависит только от времени. Модель – F ( t )

Финитный и инфинитный сигналы

Финитный сигнал- множество значений координат ограничено.
Инфинитный сигнал - множество значений координат неограниченно.

Аналоговый, непрерывный, дискретный, квантованный, цифровой сигналы

Аналоговый сигнал- сигнал и его аргументы принимают непрерывные значения на числовых осях координат и значений.
Дискретный сигнал - аргументы сигнала принимают лишь счетное множество значений.
Квантованный сигнал - сигнал, который принимает счетное множество значений. - дискретный, квантованный сигнал.

Детерминированный (регулярный) и случайный (недетерминированный) сигналы

Детерминированный (регулярный) сигнал, это сигнал, который может быть задан точными функциональными зависимостями от пространственных координат и времени. - сигнал, который нельзя описать точными математическими соотношениями. Эти сигналы рассматриваются как выборочные значения или реализации из некоторого ансамбля сигналов, и математическое описание не для каждого отдельного сигнала (который есть случайная величина или функция), а для ансамбля(процесса) в целом. Эти сигналы описываются не точными выражениями, а при помощи осредненных характеристик.

Пространственный сигнал, преобразуемый в радиоэлектронных и оптико-электронных КПС

В случае когерентных сигналов – вектор напряженности электрического поля в электромагнитной волне, именуемый для краткости электрический вектор, В/м, a – электрическое смещение, Кл/м, 2 .
В случае некогерентных сигналов в любой точке электромагнитной волны величина и направление потока электрической энергии за единицу времени через единичную площадку, нормальную к потоку, определяется вектором Умова – Пойнтинга.В классической электродинамике усредненную по времени величину , Вт/м 2 , этого вектора называют интенсивностью I p ( x , y ) , т.е. поверхностной плотностью лучистого потока в точке

Заметим, что на практике наряду с поверхностной плотностью лучистого потока используется пространственно-угловая плотность, или сила излучения J ( Θ ) . В фотометрии она называется силой света [Вт/срад].

📎📎📎📎📎📎📎📎📎📎