信号分析基础.ppt

《信号分析基础.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《信号分析基础.ppt（31页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、河南科技大学河南科技大学信号分析基础 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望河南科技大学河南科技大学第二章、信号分析基础第二章、信号分析基础2.1 2.1 信号的分类与描述信号的分类与描述 信信号号的的分分类类主主要要是是依依据据信信号号波波形形特特征征来来划划分分的，在介绍信号分类前，先建立信号波形的概念。的，在介绍信号分类前，先建立信号波形的概念。信信号号波波形形：被被测测信信号号信信号号幅幅度度随随时时间间的的变变化化历历程程称为信号的波形。称为信号

2、的波形。波形波形河南科技大学河南科技大学2.1 2.1 信号的分类与描述信号的分类与描述 0At信号波形图：信号波形图：用被测物理量的强度作为纵坐标，用被测物理量的强度作为纵坐标，用时间做横坐标，记录被测物理量随时间的变用时间做横坐标，记录被测物理量随时间的变化情况。化情况。河南科技大学河南科技大学第二章、信号分析基础第二章、信号分析基础 为深入了解信号的物理实质，将其进行分类研究为深入了解信号的物理实质，将其进行分类研究是非常必要的，从不同角度观察信号，可分为：是非常必要的，从不同角度观察信号，可分为：1 1 从信号描述上分从信号描述上分-确定性信号与非确定性信号；确定性信号与非确定性信号；

3、2 2 从信号的幅值和能量上从信号的幅值和能量上-能量信号与功率信号；能量信号与功率信号；3 3 从分析域上从分析域上-时域与频域；时域与频域；河南科技大学河南科技大学第二章、信号分析基础第二章、信号分析基础4 4 从连续性从连续性-连续时间信号与离散时间信号；连续时间信号与离散时间信号；5 5 从可实现性从可实现性 -物理可实现信号与物理不可实现信号物理可实现信号与物理不可实现信号。河南科技大学河南科技大学2.1 2.1 信号的分类与描述信号的分类与描述 1 1 确定性信号与非确定性信号确定性信号与非确定性信号 可以用明确数学关系式描述的信号称为确定可以用明确数学关系式描述的信号称为确定性信

4、号。不能用数学关系式描述的信号称为非确性信号。不能用数学关系式描述的信号称为非确定性信号。定性信号。河南科技大学河南科技大学2.1 2.1 信号的分类与描述信号的分类与描述 a)a)周期信号：经过一定时间可以重复出现的信号周期信号：经过一定时间可以重复出现的信号 x(t)x(t)=x(t+nT)x(t+nT)简单周期信号简单周期信号复杂周期信号复杂周期信号河南科技大学河南科技大学2.1 信号的分类与描述信号的分类与描述 b)b)非周期信号：在不会重复出现的信号。非周期信号：在不会重复出现的信号。准准周周期期信信号号:由由多多个个周周期期信信号号合合成成，但但各各信信号号频频率率不不成成公倍数。

5、如：公倍数。如：x(t)=sin(t)+sin(2.t)x(t)=sin(t)+sin(2.t)瞬态信号瞬态信号:持续时间有限的信号，持续时间有限的信号，如如 x(t)=e-Bt.Asin(2*pi*f*t)河南科技大学河南科技大学2.1 信号的分类与描述信号的分类与描述 c)c)非非确确定定性性信信号号：不不能能用用数数学学式式描描述述，其其幅幅值值、相相位位变化不可预知，所描述物理现象是一种随机过程。变化不可预知，所描述物理现象是一种随机过程。噪声信号噪声信号(平稳平稳)统计特性变异统计特性变异噪声信号噪声信号(非平稳非平稳)河南科技大学河南科技大学2.1 2.1 信号的分类与描述信号的分

6、类与描述 2 2 能量信号与功率信号能量信号与功率信号 a)a)能量信号能量信号 在在所所分分析析的的区区间间（-，），能能量量为为有有限限值的信号称为能量信号，满足条件：值的信号称为能量信号，满足条件：一般持续时间有限的瞬态信号是能量信号。一般持续时间有限的瞬态信号是能量信号。河南科技大学河南科技大学2.1 信号的分类与描述信号的分类与描述 b)b)功率信号功率信号 在在所所分分析析的的区区间间（-，），能能量量不不是是有有限限值此时，研究信号的平均功率更为合适。值此时，研究信号的平均功率更为合适。一般持续时间无限的信号都属于功率信号一般持续时间无限的信号都属于功率信号:河南科技大学河南科技

7、大学2.1 2.1 信号的分类与描述信号的分类与描述 3 3 时限与频限信号时限与频限信号 a)a)时域有限信号时域有限信号在时间段在时间段(t1(t1，t2)t2)内有定义，其外恒等于零内有定义，其外恒等于零 b)b)频域有限信号频域有限信号在频率区间在频率区间(f1(f1，f2)f2)内有定义，其外恒等于零内有定义，其外恒等于零 三角脉冲信号三角脉冲信号正弦波幅值谱正弦波幅值谱河南科技大学河南科技大学2.1 2.1 信号的分类与描述信号的分类与描述 4 4 连续时间信号与离散时间信号连续时间信号与离散时间信号 a)a)连续时间信号连续时间信号:在所有时间点上有定义在所有时间点上有定义 b)

8、b)离散时间信号离散时间信号:在若干时间点上有定义在若干时间点上有定义采样信号采样信号河南科技大学河南科技大学2.1 信号的分类与描述信号的分类与描述 5 5 物理可实现信号与物理不可实现信号物理可实现信号与物理不可实现信号a)a)物理可实现信号：又称为单边信号，满足条件：物理可实现信号：又称为单边信号，满足条件：t t0 0时，时，x(t)=0 x(t)=0，即在时刻小于零的一侧全为零。即在时刻小于零的一侧全为零。河南科技大学河南科技大学2.1 2.1 信号的分类与描述信号的分类与描述 b)b)物物理理不不可可实实现现信信号号：在在事事件件发发生生前前(t0)(t0)就就预预制知信号。制知信

9、号。河南科技大学河南科技大学2.1 2.1 信号的分类与描述信号的分类与描述 a)a)函数函数:是一个理想函数，是物理不可实现是一个理想函数，是物理不可实现信号。信号。tS(t)tS(t)tS(t)1/6 6 信号分析中常用的函数信号分析中常用的函数河南科技大学河南科技大学2.1 信号的分类与描述信号的分类与描述 特性：特性：1 1）乘积特性（抽样）乘积特性（抽样）2 2）积分特性（筛选）积分特性（筛选）3 3）卷积特性）卷积特性河南科技大学河南科技大学2.1 2.1 信号的分类与描述信号的分类与描述 4 4）拉氏变换）拉氏变换5 5）傅氏变换）傅氏变换河南科技大学河南科技大学2.1 信号的分

10、类与描述信号的分类与描述 b)sinc b)sinc 函数函数波形波形性质：性质：偶函数；偶函数；闸门闸门(或抽样或抽样)函数；函数；滤波函数；滤波函数；内插函数。内插函数。河南科技大学河南科技大学图示：图示：频率频率放大放大2.1 信号的分类与描述信号的分类与描述 c)c)复指数函数复指数函数;河南科技大学河南科技大学2.1 信号的分类与描述信号的分类与描述 性质：性质：（1 1）实际中遇到的任何时间函数总可以表示为）实际中遇到的任何时间函数总可以表示为复指数函数的离散和与连续和。复指数函数的离散和与连续和。（2 2）复指数函数）复指数函数 的微分、积分和通过线性的微分、积分和通过线性系统时

11、总会存在于所分析的函数中。系统时总会存在于所分析的函数中。河南科技大学河南科技大学2.2 系统的分类和描述系统的分类和描述2.2 2.2 系统的分类与描述系统的分类与描述 有若干个相互作用、相互依赖的事物组合而成的具有特定功能的整体河南科技大学河南科技大学2.2 系统的分类和描述系统的分类和描述2.2 2.2 系统的分类与描述系统的分类与描述 1 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连续时间系统：输入和输出都是连续时间信号连续时间系统：输入和输出都是连续时间信号的系统。数学模型用微分方程来描述。的系统。数学模型用微分方程来描述。离散时间系统：输入和输出都是离散时间信号离散时

12、间系统：输入和输出都是离散时间信号的系统。数学模型用差分方程来描述。的系统。数学模型用差分方程来描述。河南科技大学河南科技大学2.2 系统的分类和描述系统的分类和描述1 1 连续时间系统连续时间系统 涉及涉及“改变改变”、“变化变化”、“增加增加”、“减减少少”、“衰变衰变”、“边际边际”、“速度速度”、“运动运动”、“追赶追赶”、“逃跑逃跑”等等词语的确定性连续等等词语的确定性连续问题。问题。微分方程的对象微分方程的对象 一般说来微分方程问题都遵循这样的文字等式：一般说来微分方程问题都遵循这样的文字等式：变化率（微商）变化率（微商）=单位增加量单位增加量-单位减少量单位减少量 等式通常是利用

13、已有的原则或定律。等式通常是利用已有的原则或定律。河南科技大学河南科技大学2.2 系统的分类和描述系统的分类和描述1 1 连续时间系统连续时间系统案例1生物种群数量问题设某生物种群在其适应的环境下生存，试讨论该生物种群的数量变化情况。Malthus模型1.1.假设时刻假设时刻t t生物种群数量为生物种群数量为N(t)N(t)，由于，由于N(t)N(t)的数量很大，可视为时间的数量很大，可视为时间t t的连续可微函数。的连续可微函数。2.2.假设在假设在t=0t=0时刻该生物种群的数量为时刻该生物种群的数量为N0N0河南科技大学河南科技大学2.2 系统的分类和描述系统的分类和描述1 1 离散时间

14、系统离散时间系统差分方程差分方程河南科技大学河南科技大学2.2 系统的分类和描述系统的分类和描述2 2 即时系统与动态系统即时系统与动态系统即时系统（无记忆系统）：系统输出信号只决即时系统（无记忆系统）：系统输出信号只决定于同时刻的激励信号。与它过去的工作状态定于同时刻的激励信号。与它过去的工作状态无关。用代数方程描述。无关。用代数方程描述。动态系统（有记忆系统）：系统输出信号不净动态系统（有记忆系统）：系统输出信号不净取决于同时刻的信号，而且与过去的工作状态取决于同时刻的信号，而且与过去的工作状态有关。数学模型是微分或者差分方程。有关。数学模型是微分或者差分方程。河南科技大学河南科技大学2.

15、2 系统的分类和描述系统的分类和描述3 3 集总参数系统与分布参数系统集总参数系统与分布参数系统集总参数系统：由集总参数元件（集总参数系统：由集总参数元件（系统变量和参系统变量和参数与空间位置无关数与空间位置无关）组成。用常微分方程描述。）组成。用常微分方程描述。分布参数系统：含有分布参数元件的系统。数分布参数系统：含有分布参数元件的系统。数学模型是偏微分，独立变量是时间，而且与空学模型是偏微分，独立变量是时间，而且与空间位置有关。间位置有关。河南科技大学河南科技大学2.2 系统的分类和描述系统的分类和描述4 4 线性系统与非线性系统线性系统与非线性系统线性系统：具有叠加性、齐次性。线性系统：

16、具有叠加性、齐次性。非线性系统：不具有叠加性和齐次性。非线性系统：不具有叠加性和齐次性。河南科技大学河南科技大学2.2 系统的分类和描述系统的分类和描述5 5 时变系统与非时变系统时变系统与非时变系统时不变系统：系统的参数不随时间变化。（定时不变系统：系统的参数不随时间变化。（定常系统常系统时变系统：系统的参数随时间变化。（非定常时变系统：系统的参数随时间变化。（非定常系统）系统）河南科技大学河南科技大学2.2 系统的分类和描述系统的分类和描述6 6 因果系统与非因果系统因果系统与非因果系统因果系统：激励是产生相应的原因，而响应是因果系统：激励是产生相应的原因，而响应是激励引起的后果激励引起的后果因果性。所有物理系统都因果性。所有物理系统都是因果。是因果。非因果系统：反之。非因果系统：反之。