第一章-信号的分类和描述1.ppt

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1、第第1章章 信号及其描述信号及其描述n信号的分类与描述信号的分类与描述n周期信号与离散频谱周期信号与离散频谱n瞬变非周期信号与连续频谱瞬变非周期信号与连续频谱n随机信号随机信号 关于信号测试中获取的大量测试中获取的大量实验数据实验数据，最后通过最后通过图形、表格和数学表图形、表格和数学表达式达式来表达。来表达。这些这些图形、表格和数学表达式图形、表格和数学表达式既定量地确定了实验中有关变既定量地确定了实验中有关变量之间的相互关系，又便于应用和处理。量之间的相互关系，又便于应用和处理。为了传送信息（数据或图像等），需要用适当的设备将消息为了传送信息（数据或图像等），需要用适当的设备将消息转换成转

2、换成电信号电信号，或者直接用测试仪器的输出或者直接用测试仪器的输出电信号电信号作为实验作为实验数据的描述。数据的描述。电信号的基本形式是随时间变化的电流或电压，通常可表示电信号的基本形式是随时间变化的电流或电压，通常可表示为为时间的函数（或序列），时间的函数（或序列），该函数的图像成为该函数的图像成为信号的波形信号的波形。“信号信号”和“函数函数”两个词通用，在讨论与信号有关的问题两个词通用，在讨论与信号有关的问题时时。信号的分类（一）信号的分类（一）信号信号周期信号周期信号非周期信号非周期信号平稳随机信号平稳随机信号非平稳随机信号非平稳随机信号简谐信号简谐信号周期信号周期信号准周期信号准周期

3、信号瞬变非周期信号瞬变非周期信号窄窄频带随机信号频带随机信号宽频带随机信号宽频带随机信号确定性信号确定性信号随机信号随机信号进入分类二确定性信号与随机信号确定性信号与随机信号确定性信号确定性信号是指可以用精确的数学关系式来表达的信号。是指可以用精确的数学关系式来表达的信号。随机信号随机信号不能用精确的数学关系式来表达，也无法确切不能用精确的数学关系式来表达，也无法确切 地预测未来任何瞬间的精确值。地预测未来任何瞬间的精确值。提醒注意：提醒注意：确确定定性性信信号号和和随随机机信信号号之之间间并并不不是是截截然然分分开开的的，通通常常确确定定性性信信号号也也包包含含着着一一定定的的随随机机成成分

4、分，而而在在一一定定的的时时间间内内，随随机机信信号号也也会会以以某某种种确确定定的的方方式式表表现现出出来来。判判断断一一个个信信号号是是确确定定性性的的还还是是随随机机的的，通通常常是是以以通通过过实实验验能能否否重重复复产产生生该该信信号号为为依依据据。如如果果一一个个实实验验重重复复多多次次，得得到到的的信信号号相相同同(在在实实验验误误差差范围内范围内)，则可认为是确定性信号，否则为随机信号。，则可认为是确定性信号，否则为随机信号。返回周期信号周期信号n周期性信号是按一定周期性信号是按一定周期周期T0重复的信号重复的信号。简谐信号简谐信号 简谐信号是最简单的周期信号简谐信号是最简单的

5、周期信号。单自由度振动系统单自由度振动系统返回周期信号周期信号任何周期信号都任何周期信号都可以看作是简谐信号的合成。可以看作是简谐信号的合成。返回准周期信号准周期信号准周期信号是由有限个简准周期信号是由有限个简谐信号合成的一种非周期谐信号合成的一种非周期信号，但其组成分量间无信号，但其组成分量间无法找到公共周期，因而无法找到公共周期，因而无法按某一时间间隔周而复法按某一时间间隔周而复始的出现，但它又是由简始的出现，但它又是由简谐信号合成的，由此得名。谐信号合成的，由此得名。返回瞬变非周期信号瞬变非周期信号 瞬变非周期信号瞬变非周期信号是一些或在一定时间是一些或在一定时间区间内存在，或随着区间内

6、存在，或随着时间的增长而衰减至时间的增长而衰减至零的信号，又称为过零的信号，又称为过渡信号。渡信号。有阻尼的单自由度系统的自由振动有阻尼的单自由度系统的自由振动常见瞬变非周期信号常见瞬变非周期信号随机信号随机信号随机信号无法用数学表达式来描述，但是它具有某些统计特征，可以随机信号无法用数学表达式来描述，但是它具有某些统计特征，可以用概率的方法由其过去来估计未来。用概率的方法由其过去来估计未来。随机信号描述的是随机过程，如：汽车奔驰时的振动，环境噪声。随随机信号描述的是随机过程，如：汽车奔驰时的振动，环境噪声。随机信号有平稳和非平稳随机信号之分。机信号有平稳和非平稳随机信号之分。窄频带随机信号窄

7、频带随机信号 宽频带随机信号（白噪声）宽频带随机信号（白噪声）非平稳随机信号非平稳随机信号 平稳随机信号平稳随机信号返回 信号的分类（二）信号的分类（二）特点特点 图形图形连续信号连续信号独立变量取连续值独立变量取连续值离散信号离散信号独立变量取离散值独立变量取离散值注意：信号的幅值可以是连续的，也可以是离散的注意：信号的幅值可以是连续的，也可以是离散的。模拟信号模拟信号独立变量和幅值均取连续值的信号独立变量和幅值均取连续值的信号。数字信号数字信号独立变量和幅值均取离散值的信号独立变量和幅值均取离散值的信号。信号的分类（三）信号的分类（三）1信号的功率和能量信号的功率和能量-不考虑信号的实际量

8、纲不考虑信号的实际量纲,把信号把信号x(t)的平方的平方x(t)2及其对及其对时间的积分分别称为时间的积分分别称为信号的功率和能量信号的功率和能量.电压信号电压信号x(t)加到电阻加到电阻R上，其瞬时功率上，其瞬时功率 当当R=1时，时，瞬时功率对时间积分就是信号在积分时间内的能量。瞬时功率对时间积分就是信号在积分时间内的能量。信号的分类（三）信号的分类（三）2特点特点 举例举例能量有限信号能量有限信号(能量信号能量信号)矩形脉冲信号矩形脉冲信号衰减指数函数衰减指数函数功率有限信号功率有限信号(功率信号功率信号)无阻尼单自由度无阻尼单自由度振动系统位移信振动系统位移信号号信号的描述信号的描述n

9、时域描述时域描述n表征信号的表征信号的幅值随时间的变化规律幅值随时间的变化规律 n从从时时域域图图形形中中可可以以知知道道信信号号的的周周期期、峰峰值值和和平平均均值值等等，可可以以反反映映信信号号变变化化的的快快慢慢和和波波动动情情况况。用用时时域域描述比较直观、形象，便于观察和记录描述比较直观、形象，便于观察和记录。n频域描述频域描述n研研究究信信号号的的频频率率结结构构，即即组组成成信信号号的的各各频频率率分分量量的的幅幅值值及及相相位位的的信信息息，例例如如周周期期性性方方波波可可以以看看成成是是由由一系列频率不同的正弦波叠加而成。一系列频率不同的正弦波叠加而成。n例例如如对对振振动动

10、信信号号进进行行频频谱谱分分析析，可可以以从从频频谱谱图图中中看看出出该该振振动动是是由由哪哪些些不不同同的的频频率率分分量量组组成成的的，各各频频率率分分量量所所占占的的比比例例，以以及及哪哪些些频频率率分分量量是是主主要要的的，从从而找出振动源，以便排除而找出振动源，以便排除或减小有害振或减小有害振动动。周期方波的时域描述周期方波的时域描述n周期方波的时域描述可以是图形或数学周期方波的时域描述可以是图形或数学表达式表达式周期方波的频域描述周期方波的频域描述n周期方波应用付里叶级数展开后周期方波应用付里叶级数展开后此式表明：该周期方波是由一系列幅值和频率不等此式表明：该周期方波是由一系列幅值和频率不等,相角为相角为零的正弦信号叠加而成的零的正弦信号叠加而成的.式中式中,如视如视 t 为参变量为参变量,以以为独立变量为独立变量,则此式为周期方波则此式为周期方波的频域描述。的频域描述。频谱（组成信号的频率成分按序排列）频谱（组成信号的频率成分按序排列）-幅值谱幅值谱,相位相位谱谱周期方波的幅值谱和相位谱周期方波的幅值谱和相位谱 幅值谱幅值谱 相位谱相位谱周期方波的描述周期方波的描述