Sinyaller ve Sistemler

Açıklama

Sinyaller ve sistemler kavramları çeşitli alanlarda ortaya çıkar ve bu kavramlarla ilişkili düşünce ve teknikler iletişim, havacılık ve uzay bilimi, devre tasarımı, akustik, sismoloji, biyomedikal mühendisliği, enerji üretimi ve dağıtım sistemleri, kimyasal iş- lem kontrolü ve konuşma işleme gibi bilim ve teknolojinin çeşitli alanlarında önemli rol oynar. Bu çeşitli disiplinlerde ortaya çıkan sinyaller ve sistemlerin fiziksel doğası çok farklı olsa bile, hepsinin en temel iki ortak özelliği vardır. Bir veya daha fazla bağımsız değişkenin fonksiyonları olan sinyaller bazı olayların doğası veya davranışı hakkında bilgi içerir iken, sistemler belirli sinyallere diğer sinyalleri veya bazı istenen davranışları üreterek tepki verirler. Bir elektrik devresinde zamanın fonksiyonları olarak voltajlar ve akımlar sinyallerin örnekleridir ve devrenin kendisi, bu durumda uygulanan akımlar ve voltajlara tepki veren bir sistem örneğidir. Başka bir örnek olarak, bir otomobil sürücüsü gaz pedalına bastığında otomobil aracın hızını artırarak tepki verir. Bu durumda, otomobil sistemdir, gaz pedalı üzerindeki basınç sisteme giriş ve otomobil hızı da tepkidir. Otomatik elektrokardiyogram tanıları için bir bilgisayar programı, girişi sayısallaştırılmış elektrokardiyogram olan ve kalp atış hızı gibi parametre tahminlerini çıkış olarak üreten bir sistem olarak görülebilir. Bir kamera farklı kaynaklardan ve nesnelerden yansıyan ışığı alan ve bir fotoğraf üreten bir sistemdir. Bir robot kolu, hareketleri kontrol girişlerine tepki olan bir sistemdir. Sinyal ve sistemlerin ortaya çıktığı birçok bağlamda, önemli olan çeşitli problem ve sorular vardır. Bazı durumlarda, bize özel bir sistem sunulmuştur ve çeşitli girişlere nasıl tepki vereceğini anlamak için onun detaylı olarak tanımlanmasıyla ilgileniriz.    Bunun örnekleri, bir devrenin farklı voltaj ve akım kaynaklarına tepkisini belirlemek için analizini ve uçakların hem pilot hem de rüzgâr darbelerine karşı tepki özelliklerinin belirlenmesini içerir. Sinyal ve sistem analizinin diğer problemlerinde, var olan sistemlerin analizinden ziyade, ilgimiz sinyallerin belirli yollarla işlenmesi için sistem tasarımı üzerine odaklanabilir. Bu gibi problemlerin ortaya çıktığı çok yaygın bir durum, bir şekilde bozulmuş sinyallerin iyileştirilmesi veya eski haline getirilmesi için sistemlerin tasarlanmasındadır. Örneğin, bir pilot hava kontrol kulesi ile iletişim kurarken, iletişim kokpitteki yüksek gürültüden dolayı bozulabilir. Bu ve bunun gibi durumlarda, istenilen sinyali, bu durumda pilotun sesi, koruyan ve istenmeyen sinyali, yani gürültüyü, (en azından yaklaşık olarak) reddedecek bir sistem tasarlamak mümkündür. Benzer bir amaç kümesi görüntü onarımı ve görüntü iyileştirmesi genel alanında da bulunabilir. Örneğin; derin uzay sondalarından veya yeryüzü gözlem uydularından elde edilen görüntüler, görüntüleme araçlarındaki sınırlamalar, atmosfer etkileri ve görüntülerin yeryüzüne gönderilmesi sırasında sinyal aktarımında oluşan hatalar nedeni ile asıl görüntülerin bozulmuş halidir. Sonuç ÖNSÖZ xxviii Önsöz olarak, uzaydan gelen görüntüler düzenli olarak bu bozulmaları düzeltmek için sistemler tarafından işlenir. Ek olarak, bu gibi görüntüler genellikle, çizgiler (nehir yatakları veya çatlaklar gibi) veya renk veya koyuluktaki keskin farkların olduğu bölgesel sınırlar gibi özellikleri iyileştirmek üzere işlenir. İyileştirme ve onarıma ek olarak, birçok uygulamada, sinyallerden belirli bilgi parçalarını çıkarmak için sistem tasarımlarına ihtiyaç vardır. Bir elektrokardiyogramdan kalp atış hızının hesaplanması bunun bir örneğidir. Bir başkası ekonomik tahminde ortaya çıkar. Örneğin, gelecekle ilgili tahminler yapmaya yardımcı olabilecek, eğilimleri ve mevsimsel değişimler gibi diğer özellikleri kestirmek için, borsa endeksi ortalamaları gibi bir ekonomik zaman dizisinin geçmişini analiz etmek isteyebiliriz. Diğer uygulamalarda odak belirli özellikleri olan sinyallerin tasarımı olabilir. Özel olarak, iletişim uygulamalarında, başarılı bir iletim için gerekenleri ve kısıtlamaları karşılamak amacı ile sinyal tasarımına önemli ölçüde dikkat edilir. Örneğin, atmosfer içinde uzun mesafeli iletişim, elektromanyetik bandın belirli bir bölgesindeki frekanslardaki sinyallerin kullanımını gerektirir. İletişim sinyallerinin tasarımı, hem aynı anda diğer kullanıcılar tarafından iletilmekte olan sinyallerin girişimlerinin hem de atmosferdeki iletimden kaynaklanan bozulmaların varlığında güvenilir sinyal alımını hesaba katmalıdır. Sinyal ve sistem analizinin kavram ve tekniklerinin ortaya çıktığı diğer bir önemli uygulama sınıfı, verilen bir sistemin özelliklerini, özel giriş sinyalleri seçimi ile veya sistemi diğer sistemlerle birleştirerek, değiştirmek veya kontrol etmek istediğimiz uygulamalardır. Bu tip bir uygulamanın örneği, kimyasal işlem tesislerini düzenlemek için kontrol sistemleri tasarımıdır. Bu tip tesisler sıcaklık, nem ve kimyasal yapı gibi fiziksel sinyalleri ölçen çeşitli algılayıcılarla donatılmıştır. Bu gibi bir tesisteki kontrol sistemi, devam eden kimyasal süreci düzenlemek için akış hızı ve sıcaklık gibi miktarları ayarlayarak algılayıcı sinyallerine tepki verir. Bir uçak otopilotu ve bilgisayar kontrol sistemi tasarımı başka bir örneği ifade eder. Bu durumda uçak hızını, yüksekliğini ve yönünü ölçen sinyaller, kontrol sistemi tarafından gaz vanası ayarı, dümen ve kanatçıkların pozisyonu gibi değişkenleri ayarlamak için kullanılır. Bu ayarlamalar uçağın belirli bir rotayı izlediğinden emin olmak, uçağın seyrini düzeltmek ve uçağın pilotun komutlarına tepkisini iyileştirmek için yapılır. Hem bu durumda hem de önceki kimyasal işlem kontrolü örneğinde, ölçülen sinyallerin geri beslendiği ve sistemin tepki özelliklerinin ayarlanmasında kullanıldığı, geri besleme olarak adlandırılan önemli bir kavram, büyük bir rol oynar. Önceki paragraflardaki örnekler sinyaller ve sistemler kavramları için olağanüstü geniş uygulama çeşitlerinin sadece bir kaçını ifade eder. Bu kavramların