Сигналы и линейные системы. Тематические лекции

Тематические лекции представляют собой учебное пособие по дисциплине "Теория сигналов и систем", которая преподается для студентов УГГУ по специальности "Информационные системы в технике и технологиях", специализации "Прикладная геоинформатика в геофизике" и "Геоинформационные системы в природо- и недропользовании". Материал лекций соответствует общим требованиям Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования подготовки дипломированного специалиста по направлению "Информационные системы".

Тематика лекций излагается по принципу самодостаточности для изучения каждого раздела в отдельности, что приводит к повторению отдельных положений, но удобно для освоения материала. Они могут использоваться также студентами и инженерами нерадиотехнических специальностей для пополнения знаний в области сигналов и линейных систем их цифровой обработки. Лекции сопровождаются практикумом на персональных компьютерах в среде Mathcad по моделированию сигналов, их преобразованиям и обработке.

Курсы теории сигналов и систем в настоящее время занимают одно из центральных мест среди дисциплин профессиональной подготовки не только радиоинженеров -разработчиков радиотехнических систем самого различного назначения, но и всех специальностей, в той или иной мере связанных с регистрацией, обращением, обработкой и использованием информационных данных самой различной природы – пользователей систем. Это определяется тем, что информация, наряду с материей и энергией, принадлежит к фундаментальным философским категориям естествознания и является одной из движущих сил современного развития науки, техники и человеческой цивилизации в целом. Но информация не относится к числу материальных объектов и не существует в явной физической форме. Носителями информации являются сигналы в любой форме их материального представления в пределах систем, вне которых понятия сигналов также не имеют смысла. Все это и приводит к тому, что профессионально грамотная и эффективная регистрация информации, ее обработка, интерпретация и использование возможны только при хороших знаниях теории сигналов и систем.

Настоящий курс предназначен для студентов и специалистов, занимающихся как использованием информационных систем в геофизике, в природо- и недропользовании, так и геоинформатикой – регистрацией, обработкой, интерпретацией и представлением геолого-геофизических данных. По образному выражению Козьмы Пруткова, "природа не злонамеренна, но коварна". И непредсказуема, даже в сходных геологических условиях. Обработка и интерпретация геолого-геофизических данных в этих условиях – высокое искусство   моделирования   на   основе,   как   правило,   достаточно   ограниченных   данных объективно однозначной модели среды, математический отклик которой по физическим параметрам должен быть максимально приближен к результатам исследований. Это не значит, что для каждого геологического объекта должна создаваться индивидуальная система обработки результатов его исследований. Инструменты и технологии обработки геолого-геофизических данных хорошо известны и в определенной мере стандартизованы. Тем не менее, результаты интерпретации во многом определяются опытом и квалификацией специалистов, выбирающих и применяющих эти инструменты (системы) и технологии с учетом особенностей и специфики исходных информационных данных (сигналов).

Темы настоящего курса функционально замкнуты и содержат теоретический материал, необходимый и достаточный для их изучения без ссылок на предыдущие темы. В отдельных случаях это создает некоторое дублирование материала, но компенсируется удобством работы. С этой же целью каждая тема содержит начальное оглавление по разделам и основное содержание разделов. Каждый раздел обычно содержит ссылку на литературу, которая использовалась при подготовке данных разделов, и в которой читатель, при необходимости, может найти более подробные сведения по данным вопросам. Предполагается знакомство читателей с курсами "Высшая математика", "Физика" и "Информатика" в объеме технических вузов, по крайней мере, на элементарном уровне, а фундаментальные понятия, как правило, подробно поясняются иллюстрациями. Большинство приведенных формул пригодны для непосредственного использования в системе Mathcad, в которой выполнены и все иллюстрации пособия. Самостоятельное изучение материала рекомендуется сопровождать практическими занятиями в системе Mathcad, программные документы – инструкции по которым имеются на сайте автора.