Сигнал / Signal — разбираемся, что считать сигналом

Будем считать, что ты читатель знаешь уже определение понятий информация, сообщение, сигнал. Но попробуем разобрать последнее понятие более углубленно.

Сигнал может описывать разные физические процессы в окружающем мире, природе, Вселенной. Сигнал может быть описан разными способами, но во всех случаях в сигнале будет содержаться информация, просто она может быть также в разных формах.

Например, информация об источнике напряжения U или мощности P=UI выражается в виде изменения их величин во времени и отображается для нас (доносится до нас) в виде носителя информации – сигнала выраженного зависимостью величины напряжения U (или мощности P ) от времени (смотрите рисунок ниже).

В то же время наряду с током i(t) или напряжением u(t), например, сигналом можно также назвать функциональную зависимость заряда и разряда конденсатора во времени.

Какие бывают формы представления сигнала? Напомним, что сигнал может быть описан различными способами: график во временной области, график в частотной области, в виде вектора, в виде формулы и т.д.

Сигналы вокруг нас повсюду

Сигнал – это любое отображение изменения одной или нескольких величин от другой (других). Из этого определения получается, что сигнал представляет собой функцию. Однако в отличие от функции, которая может быть просто математической абстракцией, сигнал связан с какой-либо физической (т.е. жизненной) величиной и поэтому всегда несет (содержит) в себе сообщение и информацию об окружающем мире.

С сигналами часто отождествляют только какие-то изменяющиеся графики. Однако бывают случаи, когда физический процесс не изменяется от

какой-либо другой величины, т.е. статичен. Но это не означает, что из-за этого зависимость нельзя считать сигналом. Никто не запрещает сигналу быть статичным, его так и называют постоянный сигнал.

Особый случай представляет собой неподвижное изображение (картинка) как зависимость яркости от различных точек пространства. Эта зависимость яркости изменяется не во времени, а в пространстве. Можно ли в таком случае изображение считать сигналом?
В книгах по теории связи и передачи информации сигналы обычно рассматриваются как переносчики сообщений от передатчика связи до приемника. Но термин «Сигнал» на самом деле более емкий и используется не только в системах передачи, хотя впервые начал описываться и исследоваться именно в связи с развитием связи.

Более широкое понимание сигнала

Пример №1

Одним из главных элементов современного автомобиля является ЭСУД – электронная система управления двигателем. Именно она обеспечивает работу двигателя в оптимальном режиме мощности и, потребления топлива, кроме того, на нее возложена функция управления многочисленными функциями и рабочими процессами, протекающими в автомобиле. В общем смысле ЭСУД представляет собой компьютер ДВС, в котором обрабатываются показания датчиков и в соответствии с ними подаются те или иные команды на прочие системы и агрегаты.

Переносчиком информации о работе двигателя является, например, сигнал от датчика положения коленчатого вала (ДПКВ). Анализ этого сигнала необходим для определения положения и частоты вращения коленвала для осуществления общей синхронизации системы впрыска

Пример №2

Сбор данных о расходовании электрической энергии позволяет отслеживать расход электроэнергии каждой единицей технологического транспорта: поезда, экскаватора-погрузчика и т.д.. Например с помощью контроля расхода электроэнергии на электропоезде, появляется возможность выявлять места резкого подъема ж/д полотна, при спусках применять режимы рекуперативного торможения, а на экскаваторах можно выявлять погрузку негабарита

Пример №3

Вот какой вопрос задается на одном из интернет-форумов: «У меня есть несколько кадров принятого радиолокационного сигнала, отраженного от движущегося объекта. Как мне демодулировать и фильтровать этот сигнал, чтобы получить информацию о движущемся объекте?

Пример №4
Сигнал GPS L1 C/A, подверженный влиянию помех с уровнем -155 dBW, без доплеровского сдвига

Пример №5

Пара примеров двумерных сигналов – изображений

3 Вопроса на покумекать

Вопрос №1

А вы знали, что оказывается песочные часы, поставленные на весы, меняют свой вес в процессе высыпания песка: в начале падения струи происходит уменьшение веса и в конце падения – увеличение веса. Вопрос: можно ли считать данную физическую зависимость веса от времени сигналом?