Resumo de Definições de Sinais e Sistemas
O que é um Sinal?
Um sinal é a função de uma ou mais variáveis que veicula informação sobre a natureza de um fenômeno físico. Pode depender de uma variável (unidimensional) ou de duas ou mais variáveis (multidimensional). Em termos práticos, sinais podem ser representados como (unidimensional, no tempo) ou (multidimensional).
O que é um Sistema?
Um sistema é uma entidade que manipula um ou mais sinais para realizar uma função, produzindo novos sinais. Em termos simples: sinal de entrada → sistema → sinal de saída, ou .
Exemplos de Sinais
Sinais de voz e sinais de imagem são exemplos clássicos. Comunicações podem ser unidimensionais (voz) ou multidimensionais (imagens). Outras formas de sinal incluem textos, objetos descritos, entre outros.
Exemplos adicionais de Sinais
Sinais biológicos e médicos incluem batimentos cardíacos, pressão arterial, temperatura, nível de glicose e índice de colesterol. Esses sinais são usados para diagnosticar o estado de saúde.
Exemplos ambientais e financeiros
Sinais ambientais incluem variações de temperatura, umidade e velocidade/direção dos ventos, usados em previsões do tempo. Sinais financeiros incluem rentabilidade, risco de mercado, risco de crédito, transparência, benchmark e volatilidade, usados na avaliação de investimentos.
Riscos financeiros (definições)
Risco de mercado é a possibilidade de perdas por oscilações de preços/taxas; risco de crédito mede a incerteza na obtenção do retorno; benchmark é o índice que representa a evolução média do mercado (ex.: Ibovespa).
O que é um Sistema? (Resumo)
Um sistema manipula sinais para realizar uma função, produzindo sinais de saída a partir de sinais de entrada. Conta com entradas e saídas; exemplos vão desde reconhecimento automático de locutor até sistemas de comunicação.
Reconhecimento automático de locutor (Exemplos de Sistemas)
Exemplo: sinal de entrada é voz; sistema é computador; sinal de saída pode ser a identidade do locutor.
Sistema de comunicação (Arquitetura básica)
Um sistema de comunicação é composto por Transmissor, Canal e Receptor. As etapas envolvem a transformação da informação em um sinal transmitido, a propagação pelo canal e a recuperação da informação no receptor, incluindo a estimativa da mensagem original.
Componentes de um Sistema de comunicação (Resumo)
1) Transmissor: converte a mensagem para uma forma apropriada ao canal. 2) Canal: meio de propagação (ar, fibra, cabo, satélite, rádio). 3) Receptor: processa o sinal recebido e recupera a informação. 4) Estimativa da informação a partir do sinal recebido.
Tipos de Sistemas de Comunicação: Analógicos vs Digitais
Sinais analógicos são contínuos no tempo e na amplitude, com portadora senoidal modulada possível. Sinais digitalizados passam por amostragem, quantização, codificação e podem incluir redundância. Sinais digitais são tipicamente usados com dispositivos programáveis e oferecem maior flexibilidade e repetibilidade, porém dependendo de frequências compatíveis com o hardware.
Exemplos de sistemas de comunicação
Radiodifusão (unicador) e ponto a ponto (normalmente bidirecional) são exemplos típicos de arquitetura de comunicação. Em termos práticos, há um único transmissor ou vários receptores.
Sistemas de Controle
Sistemas de controle apresentam dois aspectos-chave: resposta (dinâmica) e robustez (manter desempenho frente a variações/distúrbios). O objetivo é regular as características de resposta ao longo do tempo.
Controle digital e a arquitetura típica
Em controle digital, o processo é mediado por sensores, conversor A/D, algoritmo de controle (em um computador), e conversor D/A, tudo sincronizado por um clock. Representação típica envolve $y(t)$, $u(t)$, $D/A$, $A/D$, e o processamento por computador.
Propriedades dos sistemas de controle
Podem ser lineares ou não lineares; variantes no tempo ou invariantes; com uma entrada e uma saída (SISO) ou com múltiplas entradas e saídas (MIMO); operam em malha aberta ou malha fechada.
Exemplos de processos – Controle
Exemplos comuns incluem controle de velocidade, controle de temperatura, controle de tensão e controle de posição/trajetória.
Sensoriamento Remoto
Definição: aquisição de informações sobre um objeto de interesse sem contato físico. Pode ser Passivo (recolhendo informações existentes) ou Ativo (excita o objeto e processa o retorno).
Sensoriamento Remoto – sensores e propriedades
Sensores incluem radar, infravermelho, sensores visíveis e de raio-X. As informações dependem de propriedades físicas da superfície (topografia, umidade) e de propriedades térmicas próximas à superfície do planeta. Técnicas de processamento de sinais (ex.: FFT) ajudam a extrair informações.
Satélite GOES e espectralidade
O GOES possui canais espectrais (um canal visível; três infravermelhos; canal de vapor d’água) usados para observação ambiental.
Processamento de Sinais Biomédicos
Definição: extração de informações para entender mecanismos biológicos, diagnosticar e tratar doenças. Sinais biológicos incluem atividade elétrica de grandes grupos de células nervosas e musculares.
Sinais biomédicos específicos
Atividade elétrica do coração – ECG registra a atividade do coração com eletrodos. Atividade elétrica do cérebro – EEG registra a atividade cerebral (eletrodos distribuídos pelo couro cabeludo).
Fontes de interferência em sinais biomédicos
Interferências podem ser Instrumentais (ex.: ruído de rede), Biológicas (interferência de atividade cardíaca no EEG) ou Erros de Análise (processamento inadequado).
Filtros e processamento de sinais biomédicos
Filtros são usados para minimizar sinais indesejados e extrair informações relevantes: sinal medido → sinal filtrado para melhorar qualidade.
Sistema de Equilíbrio Humano
O equilíbrio começa no ouvido interno: canais semicirculares informam aceleração angular, enquanto otólitos na mácula fornecem aceleração linear. Essas informações são integradas para manter o equilíbrio.
Experimento de equilíbrio (conceito)
Experimentos simples (p. ex., ficar com os pés alinhados, com os olhos fechados) ilustram como a ausência de entrada visual afeta o equilíbrio, destacando a função sensorial do sistema vestibular.
Processamento de Sinal Analógico Versus Digital
Processamento analógico envolve tempo contínuo com componentes como resistores, capacitores, indutores, amplificadores operacionais; aplicável a sinais independentemente da faixa de frequência; oferece menor flexibilidade.
Processamento de Sinal Digital
Processamento digital usa dispositivos programáveis (microcontroladores, FPGAs). É aplicável a sinais com frequências compatíveis às operações desses dispositivos, oferecendo maior flexibilidade e repetibilidade, além de maior robustez a ruídos, quando bem implementado.