2022年信号与系统基础知识.docx
《2022年信号与系统基础知识.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《2022年信号与系统基础知识.docx(40页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、精品_精品资料_资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -第 1 章信号与系统的基本概念1.1 引言系统是一个广泛使用的概念,指由多个元件组成的相互作用、相互依存的整体.我们学习过“电路分析原理”的课程,电路是典型的系统,由电阻、电容、电感和电源等元件组成.我们仍熟识汽车在路面运动的过程,汽车、路面、空气组成一个力学系统.更为复杂一些的系统如电力系统,它包括如干发电厂、变电站、输电网和电力用户等,大的电网可以跨过数千公里.我们在观看、分析和描述一个系统时,总要借助于对系统中一些元件状态的观测和分析.例如,在分析一个电路时,会运算或测量电路中一些位置的电压和电流随
2、时间的变化.在分析一个汽车的运动时,会运算或观测驱动力、阻力、位置、速度和加速度等状态变量随时间的变化.系统状态变量随时间变化的关系称为信号,包含了系统变化的信息.许多实际系统的状态变量是非电的,我们常常使用各种各样的传感器,把非电的状态变量转换为电的变量,得到便于测量的电信号.隐去不同信号所代表的具体物理意义,信号就可以抽象为函数,即变量随时间变化的关系.信号用函数表示,可以是数学表达式,或是波形,或是数据列表.在本课程中,信号和函数的表述常常不加区分.信号和系统分析的最基本的任务是获得信号的特点和系统的特性.系统的分析和描述借助于建立系统输入信号和输出信号之间关系,因此信号分析和系统分析是
3、亲密相关的.系统的特性千变万化,其中最重要的区分是线性和非线性、时不变和时变.这些区分导致分析方法的重要差别.本课程的内容限于线性时不变系统.我们最熟识的信号和系统分析方法是时域分析,即分析信号随时间变化的波形.例如, 对于一个电压测可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_量系统,要判定测量的精确度,可以直接分析比较被测的电压波形vin t (测量系统输入信号)和测量得到可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_的波形vout t(测量系统输出信号) ,观看它们之间的相像程度.为了充分的和规范的描述测量系统的特性,可编辑资料 - -
4、 - 欢迎下载精品_精品资料_常常给系统输入一个阶跃电压信号,得到系统的阶跃响应,图 1-1 是典型的波形, 通过阶跃响应的电压上升时间(电压从10上升至90的时间)和过冲(百分比)等特点量,表述测量系统的特性,上升时间和过冲越小,系统特性越好.其中电压上升时间反映了系统的响应速度,小的上升时间对应快的响应速度.假如被测电压快速变化,而测量系统的响应特性相对较慢,就必定产生较大的测量误差.信号与系统分析的另一种方法是频域分析.信号频域分析的基本原理是把信号分解为不同频率三角信号的叠加,观看信号所包含的各频率重量的幅值和相位,得到信号的频谱特性.图1-2是从时域和频域观看一个周期矩形波信号的示意
5、图,由此可以看到信号频域和时域的关系.系统的频域分析是观看系统对不同频率鼓励信号的响应,得到系统的频率响应特性.频域分析的重要优点包括:( 1)对信号变化的快慢和系统的响应速度给出定量的描述.例如,当我们要用一个示波器观看一个信号时,需要明白信号的频谱特性和示波器的模拟带宽,当示波器的模拟带宽能够掩盖被测信号的频率范畴时,可以保证测量的精确.( 2)可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 1 页,共 20 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_资料word 精心总结归纳 -
6、 - - - - - - - - - - -为线性系统分析供应了一种简化的方法,在时域分析中需要进行的微分或积分运算,在频域分析中简化成了代数运算.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_输入信号vin t可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_0输出信号tvout t可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_过冲0上升时间t图 1-1典型电压测量系统的输入和输出波形f tF k1 0k1t0图 1-2周期矩形波信号的时域和频域信号和系统分析仍有复频域分析的方法,对于连续信号和系统,基于拉普拉斯变换,称为s 域分析.对于离散
7、信号和系统,基于z变换,称为z 域分析.基于复频域分析,能够得到信号和系统响应的特点参数,即频率和衰减,分析系统的频率响应特性和系统稳固性等.复频域分析也能简化系统分析,将在时域分析中需要进行的微分或积分运算简化为复频域中的代数运算.本课程将学习信号和系统分析的基本方法和原理,包括时域分析、频域分析和复频域分析.随着运算机技术和数字信号处理技术的进展和应用,离散信号和离散系统的分析方法具有特别广泛的实际应用.本可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 2 页,共 20 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 -
8、- - 欢迎下载精品_精品资料_资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -课程在深化学习连续信号和系统的分析方法的基础上,进一步学习离散信号和系统的分析方法.信号和系统分析的重要工具是信号变换,本课程依据信号变换方法的内在联系,将依次介绍连续周期信号傅里叶级数( FS)、连续信号傅里叶变换(FT)、拉普拉斯变换、离散周期信号傅里叶级数(DFS)、离散时间傅里叶变换( DTFT)、 z 变换,以及用于运算机运算的离散傅里叶变换(DFT)和快速傅里叶变换(FFT).1.2 信号的分类1.2.1 连续时间信号和离散时间信号连续时间信号简称为连续信号,在所争论的信号时间
9、区间内,除了如干不连续点之外,任意时间都有可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_确定的信号取值.连续信号的符号表示为f t , t 为时间,连续取值.当需要区分连续信号和离散信号时,可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_以下标 a 表示连续信号,表示为f a t .图 1-3 是一个连续信号的示意图.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_连续信号可分为非奇特信号和奇特信号.当信号和信号的各阶导数在整个时间区间都是连续时,称为非奇特信号.当信号或信号的某阶导数存在不连续点(跳变点)时,称为奇特信号.留意,假如一个信号本
10、身是连续的,但如干次求导以后的导函数存在不连续点,就是奇特信号.一个非奇特信号和一个奇特信号相加或相乘,其结果通常仍为一个奇特信号.离散时间信号简称为离散信号,在所争论的信号时间区间内,信号只在一些离散时间点取值,其他时可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_间无定义.离散信号的符号表示为f d n , n 为离散点序数,取整数值.这里用下标d 表示离散信号,以区可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_分连续信号和离散信号.图1-4是一个离散信号的示意图.留意,在离散点之间,信号无定义,不要懂得为信号取零值.离散信号通常来自于对连续信号的抽样,并且常常是等间隔抽样.相邻两个抽样
11、点之间的时间间隔称可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_为抽样周期或抽样间隔,用Ts 表示.单位时间的抽样点数称为抽样率,用fs 表示,有fs1/ Ts .信号抽样可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_满意关系fd nf a nTs .在离散信号分析中,常常隐去时间的概念,因此也称为离散序列.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_实际中仍常常用到模拟信号和数字信号的概念.所谓模拟信号,信号的时间和幅值都连续取值.本课程中不区分模拟信号和连续信号.所谓数字信号,信号的时间和幅值都离散取值.实际中的信号抽样,由 于模数转
12、换器(A/D 转换器)的位数限制,抽样得到的离散点的信号幅值都是离散的,所以是数字信号.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_f a t f d n可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_-2 -10t0 12345678n可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_图 1-3连续信号图 1-4离散信号可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 3 页,共 20 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_资料wo
13、rd 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -1.2.2 周期信号和非周期信号周期信号是以肯定时间间隔周期重复的信号,无始无终.连续周期信号满意关系可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_fa t fa tT ( 1-1 )可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_T 称为连续周期信号的周期.离散周期信号满意关系可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_f d nf d nN ( 1-2 )可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_N 取正整数,称为离散周期信号的周期.1.2.3 能量有限信号和能量无限信号可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品
14、资料_一个连续信号f a t 的能量定义为可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_2Eaf a tdt( 1-3 )可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_当 f a t 为复信号时,2f a tf a t fat .信号f a t 的能量可懂得为:假设f a t 是一个电压信号或电可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_流信号,它作用在一个1 电阻上时所消耗的能量为信号能量.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_一个离散信号f d n 的能量定义为可编辑资料 -
15、- - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_2Edfd nn( 1-4 )可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_当 f d n 为复信号时,2f d nf d n f dn .可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_对于连续信号和离散信号,当信号的能量为有限值时称为能量有限信号,否就称为能量无限信号.式( 1-3 )和式( 1-4 )中取信号的肯定值,表示信号能量的定义对复信号也成立.1.3典型信号1.3.1 典型连续非奇特信号1. 三角信号三角信号有正弦和余弦两种表示形式,为便利起见, 本教
16、材挑选余弦函数的表示方式.三角信号的一般可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_表达式为f tM cost( 1-5 )可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_式中 M 为信号幅值,为角频率,为初始相位.以后在提到三角信号的初始相位时,均指余弦表示方式12下的初始相位. 三角信号的角频率、频率 f 和周期 T 满意关系: T.当三角信号的角频率0f可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 4 页,共 20 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_资料word 精
17、心总结归纳 - - - - - - - - - - - -时为直流信号,直流信号是三角信号的一个特例.图1-5 是一个三角信号的典型波形.2. 指数信号指数信号的表达式为可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_f tAeat( 1-6 )可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_式中 A 和 a 均为实数,A 为 t0 时的信号幅值,a 为衰减系数,当a0 时,f t 随时间增大而增加.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_当 a0 时,f t随时间增大而减小.图1-6 是指
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 2022年信号与系统基础知识 2022 信号 系统 基础知识
限制150内