第五章 信号处理初步(精品).ppt

第五章第五章 信号处理初步信号处理初步第五章第五章 信号处理初步信号处理初步本章学习要求：本章学习要求：1.1.掌握信号采样定理，能正确选择采样频率掌握信号采样定理，能正确选择采样频率 2.2.了了解解数数字字信信号号处处理理中中信信号号截截断断、能能量量泄泄露露、栅栏效应等现象栅栏效应等现象 3.3.掌握常用的数字信号处理方法掌握常用的数字信号处理方法1第五章第五章 信号处理初步信号处理初步信号处理的目的：信号处理的目的：1 1）分离信、噪，提高信噪比；）分离信、噪，提高信噪比；2 2）从信号中提取有用信息；）从信号中提取有用信息；3 3）修正测试系统的某些误差，如传感器的线性误差、）修正测试系统的某些误差，如传感器的线性误差、温度影响等。温度影响等。信号处理有模拟信号处理系统和数字信号处理系统。信号处理有模拟信号处理系统和数字信号处理系统。模拟信号处理系统由一系列能实现模拟运算的电路组成。模拟信号处理系统由一系列能实现模拟运算的电路组成。数字信号处理是用数字方法处理信号，既可以在计算机上数字信号处理是用数字方法处理信号，既可以在计算机上借助程序实现，也可以用专用的信号处理机实现。借助程序实现，也可以用专用的信号处理机实现。数字信号处理系统具有稳定、灵活、快速、高效、应用范数字信号处理系统具有稳定、灵活、快速、高效、应用范围广、设备体积小、重量轻等优点，得到广泛的应用。围广、设备体积小、重量轻等优点，得到广泛的应用。2第五章第五章 信号处理初步信号处理初步5.1 5.1 数字信号处理的基本步骤数字信号处理的基本步骤 1 1、数字信号处理的主要研究内容、数字信号处理的主要研究内容 数数字字信信号号处处理理主主要要研研究究用用数数字字序序列列来来表表示示测测试试信信号号，并并用用数数学学公公式式和和运运算算来来对对这这些些数数字字序序列列进进行行处处理理。其其主主要要内内容容包包括括数数字字波波形形分分析析、幅幅值值分分析析、频谱分析和数字滤波频谱分析和数字滤波。2 2、测试信号数字化处理的基本步骤、测试信号数字化处理的基本步骤 物理信号物理信号对象对象传感传感器器电信号电信号信号信号调制调制电信号电信号A/D转换转换数字信号数字信号计计算算机机显示显示D/A转换转换控制控制3第五章第五章 信号处理初步信号处理初步3 3、数字信号处理的优势、数字信号处理的优势 1)1)用数学计算和计算机显示代替复杂的电路和机械结构用数学计算和计算机显示代替复杂的电路和机械结构2)2)计算机软硬件技术的发展计算机软硬件技术的发展a)a)多种多样的工业用计算机。多种多样的工业用计算机。4第五章第五章 信号处理初步信号处理初步b)b)灵活、方便的计算机虚拟仪器开发系统灵活、方便的计算机虚拟仪器开发系统5第五章第五章 信号处理初步信号处理初步5.2 5.2 信号数字化出现的问题信号数字化出现的问题 当运用计算机进行测试信号处理时，不可能对无限长的信当运用计算机进行测试信号处理时，不可能对无限长的信号进行测量和运算，而是取其有限的时间片段进行分析，这号进行测量和运算，而是取其有限的时间片段进行分析，这个信号截取过程称为信号的截断。个信号截取过程称为信号的截断。6第五章第五章 信号处理初步信号处理初步5.2 5.2 信号数字化出现的问题信号数字化出现的问题 1 1 采样信号的频谱采样信号的频谱 采样过程是将采样采样过程是将采样脉冲序列脉冲序列p(t)与信号与信号x(t)相乘相乘7第五章第五章 信号处理初步信号处理初步2.2.频混现象频混现象 频域解释频域解释时域解释时域解释8第五章第五章 信号处理初步信号处理初步3.3.采样定理采样定理 为为保保证证采采样样后后信信号号能能真真实实地地保保留留原原始始模模拟拟信信号号信信息息，信信号号采采样样频频率率必必须须至至少少为为原原信信号号中中最最高高频频率率成成分分的的2 2倍。这是采样的基本法则，称为采样定理。倍。这是采样的基本法则，称为采样定理。f fs s2f2fmaxmax 9第五章第五章 信号处理初步信号处理初步A/DA/D采样前的抗混迭滤波：采样前的抗混迭滤波：物理信号物理信号对象对象传感传感器器电信号电信号信号信号调制调制电信号电信号A/D转换转换数字信号数字信号计计算算机机显示显示展开展开低通滤波低通滤波(0-Fs/2)放大放大1310第五章第五章 信号处理初步信号处理初步 模数模数(A/D)和数模和数模(D/A)1 1、A/DA/D转换转换 1)A/D转换过程转换过程 采样采样利用采样脉冲序列利用采样脉冲序列p(t)p(t)，从连续时间信号从连续时间信号x(t)x(t)中中抽取一系列离散样值，使之成为采样信号抽取一系列离散样值，使之成为采样信号x(nTsx(nTs)的过程的过程 编码编码将离散幅值经过量化以后变为二进制数字的过程。将离散幅值经过量化以后变为二进制数字的过程。量量化化把把采采样样信信号号x x（nTsnTs）经经过过舍舍入入变变为为只只有有有有限限个个有有效数字的数，这一过程称为量化效数字的数，这一过程称为量化11第五章第五章 信号处理初步信号处理初步 设有余弦信号设有余弦信号x(t),x(t),用矩形窗函数用矩形窗函数w(t)w(t)与其相乘，与其相乘，得到截断信号得到截断信号:y:y(t)=x(t)w(t)(t)=x(t)w(t)将将截截断断信信号号谱谱 X XT T()()与与原原始始信信号号谱谱X()X()相相比比较较可可知知，它它已已不不是是原原来来的的两两条条谱谱线线，而而是是两两段段振振荡荡的的连连续续谱谱.原原来来集集中中在在f0f0处处的的能能量量被被分分散散到到两两个个较较宽宽的的频频带带中中去去了了，这这种种现现象象称称之之为为频频谱能量泄漏谱能量泄漏。5.3 5.3 信号的截断、能量泄漏信号的截断、能量泄漏 当运用计算机进行测试信号处理时，不可能对无限长的信当运用计算机进行测试信号处理时，不可能对无限长的信号进行测量和运算，而是取其有限的时间片段进行分析，这号进行测量和运算，而是取其有限的时间片段进行分析，这个信号截取过程称为信号的截断。个信号截取过程称为信号的截断。14第五章第五章 信号处理初步信号处理初步常用的窗函数常用的窗函数 1 1）矩形窗）矩形窗 2）三角窗）三角窗 15第五章第五章 信号处理初步信号处理初步3 3）汉宁窗）汉宁窗16