Φυσική των Σημάτων και των Συστημάτων με Προσομοιώσεις και Εφαρμογές

Abstract

Στο βιβλίο αυτό έχει γίνει προσπάθεια να παρουσιαστεί και να μελετηθεί αναλυτικά το περιεχόμενο της θεωρίας των σημάτων και των συστημάτων στη λογική της «φυσικής των πραγμάτων», με όρους δηλαδή της φυσικής που περιγράφουν τη λειτουργία τους. Η προσέγγιση αυτή απαιτεί τον συστηματικό τρόπο εισαγωγής ορισμών και εννοιών για την ουσιαστική κατανόηση των φυσικών αρχών και νόμων, με στόχο την αποφυγή συχνών και σημαντικών παρανοήσεων. Συγκεκριμένα, παρουσιάζονται οι βασικές έννοιες και αρχές των σημάτων και των συστημάτων που θα πρέπει να γνωρίζει ένας προπτυχιακός ή/και μεταπτυχιακός φοιτητής και εξηγείται αναλυτικά η καίρια σημασία τους για τη σωστή επεξεργασία των πειραματικών δεδομένων και την εξαγωγή σωστών συμπερασμάτων, σε κάθε επιστημονικό πεδίο. Επιπροσθέτως, εξετάζονται αναλυτικά τα σήματα, καθώς και η λειτουργία των συστημάτων στο πεδίο της συχνότητας και του χρόνου, ενώ ενδιαφέρον παρουσιάζει η υλοποίηση των σχετικών μεθόδων προσομοίωσης μέσω προγραμματιστικών κωδίκων, που παρουσιάζονται στα κεφάλαια του βιβλίου. Με τον τρόπο αυτόν δίνεται η δυνατότητα στον αναγνώστη να κατανοήσει τη θεωρία και τις κατάλληλες διαδικασίες για τη μελέτη των σημάτων, καθώς και την ανάλυση και σύνθεση συστημάτων, συνεχούς ή διακριτού χρόνου. Στο κάθε κεφάλαιο παρουσιάζονται και αναλύονται η θεωρία και οι σχετικοί κώδικες σε Matlab, οι οποίοι είναι απαραίτητοι για τις προσομοιώσεις, ενώ επιλύονται αναλυτικά αρκετά παραδείγματα με στόχο την κατανόηση των εφαρμογών που αφορούν τη μελέτη πραγματικών σημάτων. Η παράθεση των κατάλληλων παραδειγμάτων, καθώς και ο αναλυτικός τρόπος επίλυσής τους έχει ως στόχο να προκαλέσει το ενδιαφέρον του φοιτητή και να οδηγήσει στην εμπέδωση της θεωρίας και στην κατανόηση του σχεδιασμού των κωδίκων προσομοίωσης οι οποίοι μπορούν να υλοποιηθούν και εργαστηριακά. Τα σήματα και τα συστήματα συνδέονται άρρηκτα με τις εφαρμογές στη Φυσική και στις Θετικές Επιστήμες, ενώ τα σχετικά συμπεράσματα και οι εξισώσεις που προκύπτουν αναδεικνύουν την καθοριστική τους συνεισφορά στην εξαγωγή σωστών συμπερασμάτων μέσω του πειραματισμού.

In this book, an attempt has been made to present and study in detail, the content of the theory of signals and systems in the logic of the "physics of things", in terms of physics that describe their operation. This approach requires the systematic way of introducing definitions and concepts for the essential understanding of natural principles and laws with the aim of avoiding frequent and important misunderstandings. Specifically, the basic concepts and principles of signals and systems that an undergraduate and/or graduate student should know are presented and their key importance in the correct processing of experimental data and the drawing of correct conclusions, in every scientific field, is explained in detail. In addition, the signals as well as the operation of the systems in the field of frequency and time are analyzed in detail, while the implementation of the relevant simulation methods through programming codes, presented in the chapters of the book, is of interest. In this way, the reader is given the opportunity to understand the theory and the appropriate procedures for the study of signals, as well as in the analysis and synthesis of systems, continuous or discrete time. In each chapter the theory is presented and analyzed, the relevant codes in Matlab which are necessary for the simulations, while several examples are solved analytically with the aim of understanding the applications related to the study of real signals. The citation of the appropriate examples as well as the analytical way of solving them aims to arouse the interest of the student and lead to the consolidation of the theory and the understanding of the design of the simulation codes which can also be implemented in the laboratory. Signals and systems are inextricably linked to applications in Physics and the Positive Sciences, while the relevant conclusions and resulting equations highlight their decisive contribution to drawing correct conclusions through experimentation.