第1章-信号与系统-3资料优秀PPT.ppt
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1、信号与系统Signals and Systems3.离散时间信号的时域描述离散时间信号的时域描述离散离散时间信号的表示信号的表示常用的典型序列常用的典型序列单位采样序列 单位阶跃序列 矩阵序列 实指数序列 正弦序列 复指数序列 周期序列p离散时间信号的表示离散时间信号的表示(2)集合符号集合符号表示k=0的位置(1)图形形(3)公式公式例如:例如:x(n)=a|n|0a1(1)单单位脉冲(采位脉冲(采样样)序列)序列p常用的典型序列常用的典型序列图1.2.2s(a)单位采样序列 1)定)定义义2)(k)和和(t)比比较较不同的是不同的是(t)在在t=0取取值值无无穷穷大,大,对时间对时间t积积
2、分分为为1.(a)单位采样序列单位采样序列(b)单位冲激信号单位冲激信号 图图1.2.2s单单位采位采样样序列和序列和单单位冲激信号位冲激信号(1)表示随意离散表示随意离散时间信号信号3)单单位脉冲序列作用位脉冲序列作用对于随意序列,常用单位采样序列的移位加权和表示,即对于随意序列,常用单位采样序列的移位加权和表示,即例例1.2.5用用(1.2.12)式表示式表示图图所示的序列。所示的序列。图1.2.10 例 1.2.5 图解解n=0处处的的值值等于等于3,用,用3(n)表示;表示;n=1处处的的值值等于等于2,用,用2(n-1)表示;表示;n=2处处的的值值等于等于1,用,用(n-2)表示;
3、表示;n=3处处的的值值等于等于-1,用,用-(n-3)表示;其他表示;其他为为0。可得:。可得:x(n)=3(n)+2(n-1)+(n-2)-(n-3)例例1.2.6假假设设,试试用用图图表示表示x(n)序列。序列。图1.2.11 例 1.2.6 图解解矩矩形形序序列列R4(m)限限制制x(n)的的非非零零值值长长度度为为4,非非零零值值区区间间是是0m3;(n-m)函数限制,只有在函数限制,只有在n=m时时,x(n)才能取非零才能取非零值值;因因此此,在在n的的非非零零值值区区间间0n3:当当n=0、m=0时时,当当n=1、m=1时时,x(1)=1;当当n=2、m=2时时,x(2)=1;当
4、当n=3、m=3时时,x(3)=1,序列序列x(n)的的图图如如图图所示。所示。x(0)=1;例例1.2.7用用(1.2.12)式表示序列式表示序列x(n)=0.5nu(n)。解解将将x(n)中的中的n换成换成m,再代入,再代入(1.2.12)式,得到:式,得到:11v例如:例如:x(n)的波形如的波形如图图所示,可以用所示,可以用(1.2.13)式表示成:式表示成:图图1.2.6用单位采样序列移位加权和表示序列用单位采样序列移位加权和表示序列 12下列四个等式中,只有下列四个等式中,只有()是正确的。是正确的。(a).(n)=u(-n)-u(-n+1)(b).(n)=u(-n)-u(-n-1
5、)(c).(d).答案:答案:b1)定义:(2)单单位位阶跃阶跃序列序列图图1.2.3s单位阶跃序列单位阶跃序列 2)(n)与与u(n)之之间间的关系的关系令令n-k=m(2)单单位位阶跃阶跃序列序列式中下式中下标标N称称为为矩形序列的矩形序列的长长度。度。矩形序列可用矩形序列可用单单位位阶跃阶跃序列表示如下序列表示如下:(3)矩形序列矩形序列图1.2.4s 矩形序列(4)斜坡序列斜坡序列如如|a|1,则则称称为为发发散序列散序列。(5)实实指数序列指数序列u(n)使使x(n)在在n0时时幅度幅度值为值为0。a的大小干脆影响序列波形。的大小干脆影响序列波形。图1.2.5s 实指数序列正弦序列正
6、弦序列x(n)=sin(n)称称为为正正弦弦序序列列的的数数字字频频率率,单单位位是是弧弧度度(rad),表表示示序序列列变变更更的的速速率率,或或者者说说表表示示相相邻邻两两个个序序列列值值之之间间变变更的弧度数。更的弧度数。(6)正弦序列正弦序列n假如正弦序列是由模假如正弦序列是由模拟拟信号信号xa(t)采采样样得到的,那么得到的,那么(6)正弦序列正弦序列xa(t)=sin(t)模模拟拟角角频频率率xa(t)|t=nT=sin(nT)x(n)=sin(n)数字角数字角频频率率n数字数字频频率率与与模模拟拟角角频频率率之之间间的关系的关系为为=T(1.2.9s)n模模拟拟角角频频率率与数字
7、与数字频频率率成成线线性性关系。关系。n采采样频样频率率Fs与与采采样样周期周期T互互为为倒数,也可表示倒数,也可表示为为:(7)复指数序列复指数序列0为数字频率为数字频率衰减正弦信号增幅正弦信号(1)定)定义义假如序列假如序列满满足下式,足下式,则则称称为为周期序列周期序列:x(n)=x(n+N)-n(1.2.11s)很明很明显显,满满足上式的足上式的N有很多个,周期序列的周期有很多个,周期序列的周期则规则规定定为满为满足上式的最小的足上式的最小的N值值。(8)周期序列周期序列(2)以正弦序列)以正弦序列为为例,分析其周期性例,分析其周期性正弦序列周期正弦序列周期式中,式中,称为正弦序列的数
8、字频率称为正弦序列的数字频率,单位单位rad.(a)当)当为整数时,正弦序列具有周期为整数时,正弦序列具有周期;(b)当当为为有有理理数数时时,即即为为无无公公因因子子的的整整数数,正正弦弦序列具有周期序列具有周期(c)当)当为无理数时,该序列不具有周期性。为无理数时,该序列不具有周期性。正弦序列周期正弦序列周期例例1.2.3,分析其周期性。分析其周期性。解解上上面面序序列列的的频频率率=1/4,(2/)=8=N/M,这这是是一一个个无无理理数数,M无无论论取什么整数,取什么整数,都不会都不会变变成整数,因此成整数,因此是非周期序列是非周期序列。例例1.2.4,分析其周期性。分析其周期性。解解
9、序序列列频频率率,周周期期为为。如如下下图图。离散信号周期推断离散信号周期推断举例:例:1)f1k=sin(kp/6)W0/2p=1/12,由于1/12是不行约的有理数,故离散序列的周期N=12。W0/2p=1/12p,由于 1/12p不是有理数,故离散序列是非周期的。W0/2p=3/8由于3/8是不行约的有理数,故f3k的周期为N=8。2)f2k=sin(k/6)3)对f3(t)=sin6pt,以fs=8 Hz抽样所得序列翻翻转(f(n)f(-n)位移位移(f(n)f(nn0)内插与抽取内插与抽取序列相加序列相加序列相乘序列相乘差分与求和差分与求和4.离散时间信号的基本运算离散时间信号的基本
10、运算序列有下面几种运算序列有下面几种运算:乘法、加法、移位、翻转乘法、加法、移位、翻转及及尺度变换尺度变换。(1)乘法和加法乘法和加法序序列列之之间间的的乘乘法法和和加加法法,是是指指它它的的同同序序号号的的序序列列值值逐逐项对应项对应相乘和相加相乘和相加,如,如图图所示。所示。一个序列乘一个常数一个序列乘一个常数a,相当于将序列幅度值放大,相当于将序列幅度值放大a倍。倍。(1)乘乘法法和和加加法法(2)位移 f(n)f(nn0)f(n+n0)表示将 f(n)左移n0个单位。f(n-n0)表示将 f(n)右移n0个单位。n0=2(3)尺度变换尺度变换抽取抽取(decimation)m在在原原序
11、序列列中中每每隔隔m-1点点抽抽取取一一点点,相相当当于于时时间间轴轴n压压缩缩了了m倍。倍。f(n)f(mn)m为正整数抽取抽取(decimation)m设设y(n)=x(2n),当当n=0,1,2,3,时时,y(0)=x(0),y(1)=x(2),y(2)=x(4),y(3)=x(6),,相相当当于于将将x(n)每每两两个个相相邻邻序序列列值值取取一一个个,或或者者说说是是将将原来的原来的x(n)坐坐标标横横轴轴压缩压缩了了1/2。压缩后再扩展得不到原来的信压缩后再扩展得不到原来的信号,会丢失一些值号,会丢失一些值(3)尺度变换尺度变换内插内插(interpolation)M在序列两点之在
12、序列两点之间插入插入M-1个点个点(4)翻翻转f(n)f(-n)将将f(n)以以纵轴为中心作中心作180度翻度翻转5.信号的分解信号的分解(1)(1)信号分解信号分解为为直流重量与沟通重量直流重量与沟通重量 (2)(2)信号分解信号分解为为奇重量与偶重量之和奇重量与偶重量之和 (3)(3)信号分解信号分解为实为实部重量与虚部重量部重量与虚部重量 (4)(4)连续连续信号分解信号分解为为冲激函数的冲激函数的线线性性组组合合 (5)(5)离散序列分解离散序列分解为为脉冲序列的脉冲序列的线线性性组组合合任一信号都可分解为直流重量与沟通重量两部分之和。任一信号都可分解为直流重量与沟通重量两部分之和。直
13、流交流(1)信号分解信号分解为为直流重量与沟通重量直流重量与沟通重量直流重量:信号的平均值。直流重量:信号的平均值。沟通重量:去掉直流重量后剩下沟通重量:去掉直流重量后剩下的部分,且在一周期内积分为的部分,且在一周期内积分为0.离散离散时间信号信号(1)信号分解信号分解为为直流重量与沟通重量直流重量与沟通重量(2 2)信号分解为奇重量与偶重量之和信号分解为奇重量与偶重量之和连续时间信号信号离散离散时间信号信号偶分量奇分量任一信号都可分解偶重量与奇重量两部分之和。任一信号都可分解偶重量与奇重量两部分之和。分解分解公式公式例例1画出画出f(t)的奇、偶两个重量的奇、偶两个重量(3 3)信号分解为实
14、部重量与虚部重量)信号分解为实部重量与虚部重量连续时间信号连续时间信号离散时间信号离散时间信号实部分量虚部分量(4 4)连续信号分解为冲激函数的线性组合)连续信号分解为冲激函数的线性组合任一信号都可以近似分解为一系列的矩形窄脉冲的叠加任一信号都可以近似分解为一系列的矩形窄脉冲的叠加组合,当矩形窄脉冲的宽度趋近于零,则矩形脉冲组合,当矩形窄脉冲的宽度趋近于零,则矩形脉冲冲冲激信号,连续和激信号,连续和积分。积分。设设在在时时刻刻被被分分解解的的矩矩形形脉脉冲冲高高度度为为f(),宽宽度度为为当0时,k,d,且物理意物理意义:不同的信号都可以分解不同的信号都可以分解为冲激序列,冲激序列,信号不同只
15、是它信号不同只是它们的系数不同。的系数不同。实际应用:用:当求解信号当求解信号f(t)通通过LTI系系统产生的响生的响应时,只需只需求解求解冲激信号通冲激信号通过该系系统产生的响生的响应,然后然后利用利用线性性时不不变系系统的的特性特性,进行迭加和延行迭加和延时即可求得信号即可求得信号f(t)产生的响生的响应。信号分解为信号分解为(t)物理意义与实际应用物理意义与实际应用LTI系统零状态响应卷积积分卷积积分其其中中,是是参参变变量量,是是积积分分变变量量,卷卷积积结结果果是是参参变变量量的的函数函数。时不变时不变齐次性齐次性积分积分随意序列可以分解随意序列可以分解为单位脉冲序列及其位移的加位脉
16、冲序列及其位移的加权和和(5 5)离散序列分解为脉冲序列的线性组合)离散序列分解为脉冲序列的线性组合物理意物理意义:不同的信号都可以分解不同的信号都可以分解为冲激(信号)序列,冲激(信号)序列,信号不同只是它信号不同只是它们的系数不同。的系数不同。信号分解为信号分解为(t)物理意义与实际应用物理意义与实际应用1.2系统的描述及分类系统的描述及分类一、一、系统的描述系统的描述1.系统的数学模型系统的数学模型2.系统的方框图表示系统的方框图表示二、二、系统的分类系统的分类1.连续时间系统与离散时间系统连续时间系统与离散时间系统2.线性系统与非线性系统线性系统与非线性系统3.时不变系统与时变系统时不
17、变系统与时变系统4.因果系统与非因果系统因果系统与非因果系统5.稳定系统与不稳定系统稳定系统与不稳定系统系统是指由相互作用和依靠的若干事物组成的、具有特定系统是指由相互作用和依靠的若干事物组成的、具有特定功能的整体。功能的整体。一、系统的描述一、系统的描述一、系统的描述一、系统的描述输入输出描述:输入输出描述:N阶微分方程或阶微分方程或N阶差分方程阶差分方程状态空间描述:状态空间描述:N个一阶微分方程组或个一阶微分方程组或N个一阶差分方程组个一阶差分方程组RL串联电路1.数学模型数学模型2.方框图表示方框图表示一、系统的描述一、系统的描述例例1依据连续系统的框图写出该系统的微分方程依据连续系统
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