1.3.3. Сигналы

Сведения в динамической форме представляются в форме сигнала^I, который в широком смысле является материальным носителем информации, отражающим некоторый физический процесс, например, в виде электрических или электромагнит­ных величин.

Сигналы имеют разнообразные характеристики в зависи­мости от своей природы, времени и других параметров. Необхо­димую для передачи информацию заключают в размерах одно­го или нескольких параметров несущего сигнала, например в амплитуде, частоте, фазе или последовательности импульсов (кратковременных сигналов).

Сигналы по своей природе могут быть классифицированы следующим образом:

• механические;

• электрические;

• магнитные;

• тепловые;

• акустические;

• световые;

• ионизирующего излучения.

Параметры сигналов чаще всего рассматривают в зависи­мости от времени (хотя зависимости могут быть от любых фак­торов). В этом случае все сигналы как функции времени разде­ляются на постоянные и переменные.

Переменные во времени сигналы в зависимости от харак­тера их изменения подразделяются на два класса: неслучайные (детерминированные и квазидетерминированные) и случайные сигналы.

У детерминированного неслучайного сигнала закон его из­менения известен, следовательно, известны и значения всех его параметров. Строго говоря, на практике полностью детермини­рованных сигналов не бывает, так как нет постоянных физичес­ких процессов в силу влияния на последние различных возму­щающих факторов внешней среды и, при этом, появляется не­которая доля неопределенности.

Таким образом, детерминированный сигнал, исходя из оп­ределения, не может быть носителем информации, так как не может нести некоторые сведения, закладываемые в параметры сигнала.

Квазидетерминированные неслучайные сигналы характе­ризуются заранее известными законами своего изменения во времени, но при этом остается неизвестным по значению один или несколько его параметров. К квазидетерминированным сиг­налам можно отнести постоянный сигнал, у которого не извес­тен размер основного параметра (например, амплитуда), или переменный сигнал (например синусоидальный сигнал с извес­тной частотой, но неизвестной амплитудой и т. д.).

В данном случае неизвестный параметр квазидетерминированного процесса обычно может иметь любые значения в весь­ма широком диапазоне значений, изменяться по случайному закону и являться случайной величиной, а значит, этот пара­метр может использоваться для переноса информация и назы­вается информативным параметром сигнала.

Случайным называют сигнал, значение которого в каждый момент времени является случайной величиной. В квазидетерминированном сигнале неизвестный по значению информатив­ный параметр может быть случайной величиной. В случайном сигнале этой величиной является каждое мгновенное значение параметра, поэтому в дальнейшем каждый информативный параметр рассматривается как случайная величина.

По признаку прерывистости параметров сигнала во време­ни или в пространстве сигналы подразделяются на непрерыв­ные и прерывные, или дискретизированные.

Непрерывным (или аналоговым) сигналом называют физи­ческий процесс, параметры которого непрерывны по размеру. Большинство сигналов являются непрерывными (например, акустические, световые, тепловые и пр.).

Прерывным (или дискретизированным, или дискретным) называют сигнал, у которого размер хотя бы одного параметра может быть отличен от нуля только в определенные моменты вре­мени или в определенных точках пространства. Примером дискретизированного во времени сигнала может быть последователь­ность импульсов электрического тока, а дискретизированного в пространстве — совокупность электрических зарядов, располо­женных в отдельных точках поверхности диэлектрика.

Информативными параметрами таких последовательнос­тей импульсов могут быть их амплитуда, частота, период повторения, длительность. Одно из важнейших свойств такого сиг­нала заключается в том, что при соответствии каждого импуль­са некоторому одному объекту общее количество этих объектов (информацию об исследуемом множестве объектов) можно оп­ределить путем счета количества импульсов за известный ин­тервал времени с помощью счетчика импульсов.

Сигналы по характеру изменения параметров могут быть непрерывными или квантованными по размеру (или по уров­ню). Зависимость непрерывной величины от времени или от про­странства выражается функцией X (t).

Непрерывный по размеру сигнал может иметь в заданном диа­пазоне бесконечно большое число размеров одного параметра.

Квантованным сигналом называется физический процесс, параметр которого квантован по размеру. Квантованный по раз­меру сигнал может иметь в заданном диапазоне только ограни­ченное число размеров.

В зависимости от числа размеров, которые может иметь основной параметр сигнала X, и характеристики изменения во времени можно выделить следующие сигналы:

1. Сигнал непрерывный во времени и по размеру парамет­ра (рис. 1.2).

2. Сигнал непрерывный во времени и квантованный по раз­меру параметра (рис. 1.3).