Sygnały to mierzalne wielkości w systemie fizycznym, które są wytwarzane w systemie. Można je przedstawić w postaci cyfrowo uzyskanych wykresów.
Klasyfikację sygnałów można przeprowadzić pod różnymi obiektywami. Można to zrobić w kategoriach ciągłości (ciągła vs dyskretna), okresowości (okresowa vs aperiodyczna), prawdopodobieństwa (deterministyczna vs losowa), stacjonarności (stacjonarna vs niestacjonarna) itp.
Sygnał można również traktować jako obserwację lub zapis zdarzenia. Stacjonarność to sposób na opisanie charakterystyki procesu generowania sygnału, co dalej daje nam dwie kategorie.
Sygnały stacjonarne a niestacjonarne
Różnica między sygnałami stacjonarnymi i niestacjonarnymi polega na tym, że właściwości stacjonarnego sygnału procesowego nie zmieniają się w czasie, podczas gdy sygnał niestacjonarny jest procesowy niespójny w czasie.
Mowa może być uważana za formę sygnałów niestacjonarnych. Inne syntetyczne formy sygnałów to trójkąty, fale itp. Opracowano różne podejścia i są one wykorzystywane do rozumienia sygnałów mowy.
Tabela porównawcza sygnałów stacjonarnych i niestacjonarnych (w formie tabelarycznej)
| Parametr porównania | Sygnały stacjonarne | Niestacjonarne |
|---|---|---|
| Czas | Okres czasu dla sygnału stacjonarnego pozostaje przez cały czas stały. | Okres czasu dla sygnału niestacjonarnego zmienia się w czasie i nie jest stały. |
| Częstotliwość | Częstotliwość sygnału stacjonarnego pozostaje stała w całym procesie | Częstotliwość fali niestacjonarnej stale się zmienia podczas procesu. |
| Zawartość widmowa | Zawartość widmowa dla sygnałów stacjonarnych jest stała | Treści widmowe są dynamiczne i zmieniają się w przypadku sygnału niestacjonarnego. |
| Równanie Fouriera | Transformacja Fouriera jest dobra w reprezentowaniu sygnałów stacjonarnych | Transformacja Fouriera nie jest dobra w reprezentowaniu sygnałów niestacjonarnych. |
| Przykłady | Jednotonowa fala sinusoidalna o stałej częstotliwości, wielotonowa fala sinusoidalna o stałej częstotliwości; | Sygnały mowy, wielotonowa fala sinusoidalna o zróżnicowanej częstotliwości |
Co to są sygnały stacjonarne?
Sygnał stacjonarny to fala sygnału, która jest generowana przez utrzymywanie stałej wartości czasu i zawartości widmowej. Sygnał stacjonarny może być generowany jako fala sinusoidalna za pomocą oprogramowania lub generatora funkcji.
Cechą charakterystyczną takiego sygnału jest to, że częstotliwość pozostaje przez cały czas stała.
Stacjonarność zasadniczo wyjaśnia zachowanie fali sygnału pod względem częstotliwości i zależności czasowej. Tutaj, jeśli zmieni się częstotliwość fali sinusoidalnej, wynaleziona zostanie zupełnie nowa fala, przez co nie będzie już ona stacjonarna.
Jednak stacjonarność może być utrzymana również w wielotonowych falach sinusoidalnych, jeśli częstotliwość pozostaje stała. Zarówno sinusoidy jednotonowe, jak i wielotonowe o stałej częstotliwości są zatem przykładami sygnałów stacjonarnych. Oba można przedstawić za pomocą dwóch różnych równań.
Należy zauważyć, że chociaż w wielotonowej fali sinusoidalnej występuje zróżnicowana liczba składowych częstotliwości. Sygnał jest nieruchomy, jeśli częstotliwość wspomnianych składowych nie zmienia się w czasie.
Inne przykłady sygnałów stacjonarnych to;
Co to są sygnały niestacjonarne?
Mówiąc prościej, sygnał niestacjonarny to sygnał w sytuacji, gdy podstawowe założenia definiujące sygnał stacjonarny nie są już aktualne. Oznacza to, że sygnał niestacjonarny to rodzaj sygnału, w którym okres czasu, częstotliwość nie są stałe, ale zmienne.
W związku z tym reprezentacja sinusoidalna niestacjonarnego równania stale się zmienia. Zawartości widmowe dla takich sygnałów również nie są stałe. Dlatego charakterystyczną cechą fal niestacjonarnych jest częstotliwość, która zmienia się w sposób ciągły pomiędzy interwałami.
Sygnały mowy są naturalnymi sygnałami, które mają charakter niestacjonarny, jednak są znacznie bardziej złożone i nieco różnią się od niestacjonarnych wielotonowych fal sinusoidalnych.
Po pierwsze, w przypadku sygnałów mowy może występować wiele składowych częstotliwości w danym przedziale czasu.
Po drugie, sam interwał może być bardzo krótki, mniejszy niż 10-30 ms w porównaniu do 250 ms.
Dlatego w przypadku sygnału mowy byłoby wiele zestawów treści częstotliwościowych, a te treści mogą zmieniać się dynamicznie w czasie.
Stąd parametry statystyczne są zmienne w przypadku sygnałów niestacjonarnych.
Główne różnice między sygnałami stacjonarnymi i niestacjonarnymi
Wniosek
System sygnałów można kategoryzować według różnych kryteriów. Stacjonarność wyjaśnia zachowanie fali sygnału w funkcji czasu. Podstawową różnicę między sygnałem stacjonarnym a sygnałem niestacjonarnym można dostrzec w równaniu fali sinusoidalnej. Sygnał stacjonarny miałby stałe okresy czasu, częstotliwość i zawartość widmową, podczas gdy w sygnałach niestacjonarnych wszystkie te podstawowe założenia są nieaktualne.
Obie kategorie systemów sygnalizacyjnych zostały opracowane przez analizę Fouriera, jednak zauważono, że metoda ta ma swoje własne ograniczenia, a zrozumienie przetwarzania sygnałów niestacjonarnych wymaga bardziej szczegółowych narzędzi.
