信號與系統(tǒng) 第一節(jié)基本概念

1、1,第一節(jié)基本概念,1、消息、信息、信號 a、什么是信號？ 信號是消息的表現(xiàn)形式，消息則是信號的具體內(nèi)容。 待傳輸消息的表現(xiàn)形式，可看作運載消息的工具（即消息借一定形式的信號傳送出去）。 例如，交通紅綠燈信號、烽火、擊鼓、旗語、信號燈等 電壓、電流 、電信號、光信號 近代通訊方式：電報、電話、無線通訊,2,b、消息：關(guān)于人或事物的有關(guān)報道信號所含的具體內(nèi)容，一般不便直接傳輸。 c、信息：被傳輸?shù)南?，其?nèi)容接收者預(yù)先不知。 1948年美國數(shù)學(xué)家山農(nóng)在通信的數(shù)學(xué)理論一書中給出了度量信息的數(shù)學(xué)表示式： P為在等概率下事件發(fā)生的概率 確定性事件：P= 100% ，I =0 無信息 不確定性事件：P=

2、0， I =無窮，信息量大 例：如用紅、蘭組成信號信息量為多少 11、10、01、00 P =1/4 I =2bit,3,2、信號分類,依據(jù)載體的不同可分為聲、電、光、磁信號等。 廣義地講，信號是隨一些參數(shù)變化的某種物理量，在數(shù)學(xué)上，信號可以表示為一個或多個獨立變量的函數(shù)。 3、信號理論 信號分析 信號處理 信號綜合 信號分析主要討論： 信號的表示 信號的性質(zhì) 信號的基本運算,4,二、系統(tǒng),1、 廣義系統(tǒng)： 系統(tǒng)是由若干相互作用和相互依賴的單元（或事物）按一定的規(guī)律組合而成的具有特定功能的整體。（可具有不同的屬性和規(guī)模） a. 屬性 物理系統(tǒng)：通訊、電力、機械、水利等 非物理系統(tǒng)：政治結(jié)構(gòu)、經(jīng)

3、濟組織、管理等 自然系統(tǒng)：原子、天體、人體等 人工系統(tǒng)：人工建造,5,b. 規(guī)模 對通信系統(tǒng)而言 小系統(tǒng)：一個放大電路、一個濾波電路等 大系統(tǒng)：衛(wèi)星通信系統(tǒng)、宇宙航行系統(tǒng)等 2、系統(tǒng)理論 系統(tǒng)綜合 根據(jù)需要去設(shè)計實現(xiàn)系統(tǒng)。 系統(tǒng)分析 對給定的系統(tǒng)，研究系統(tǒng)對輸入信號 所產(chǎn)生的響應(yīng)。 3、系統(tǒng)的分析方法： a.建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型電系統(tǒng)中需用電路分析的知識。 b.求解數(shù)學(xué)模型需要微（差）分方程、級數(shù)、復(fù)變函數(shù) 等數(shù)學(xué)知識。 c. 對數(shù)學(xué)解賦予物理意義,6,4、網(wǎng)絡(luò)（電路）與系統(tǒng)的關(guān)系： a.網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)均為傳送或處理信號而構(gòu)成的某種組合，有時認為系統(tǒng)比網(wǎng) 絡(luò)更復(fù)雜、規(guī)模更大的組合體。 b.系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)

4、二詞之主要差異： 觀察事物的著眼點和處理問題的角度不同。 系統(tǒng)分析關(guān)心： 對于給定信號形式與傳輸、處理的要求及其應(yīng)具有的功能和特性（即輸入、輸出間的關(guān)系）關(guān)心全局 網(wǎng)絡(luò)分析關(guān)心： 其具有的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，注意研究各支路的電壓、電流（或功率） 關(guān)心局部,7,三、信號與系統(tǒng)的關(guān)系,信號的概念與系統(tǒng)的概念緊密相連 本課程以通信系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的某些問題為背景，研究確定性信號經(jīng)系統(tǒng)傳輸或處理的一般規(guī)律，著重基本概念和基本分析方法,激勵,響應(yīng),8,四、信號與系統(tǒng)的應(yīng)用范圍信號與系統(tǒng)問題無處不在，信息科學(xué)已滲透到所有現(xiàn)代自然科學(xué)和社會科學(xué)領(lǐng)域,工業(yè)監(jiān)控、生產(chǎn)調(diào)度、質(zhì)量分析、資源遙感、地震預(yù)報、人工智能、高效農(nóng)業(yè)

5、、交通監(jiān)控 宇宙探測、軍事偵察、武器技術(shù)、安全報警、指揮系統(tǒng) 經(jīng)濟預(yù)測、財務(wù)統(tǒng)計、市場信息 、股市分析 電子出版、新聞傳媒、影視制作 遠程教育、遠程醫(yī)療、遠程會議 虛擬儀器、虛擬手術(shù),9,第二節(jié)信號的描述、分類和典型示例,一、 信號的描述 1 、物理上： 信號是信息寄予變化的形式， 如電壓、電流 2、數(shù)學(xué)上： 信號是一個或多個獨立變量的函數(shù) （函數(shù)與信號二詞通用） 3、形態(tài)上：信號表現(xiàn)為一種波形 4、描述信號的變量：時間、位移、周期、頻率、 幅度、相位 例如，正弦信號,10,二、信號的分類（可從不同的角度進行分類,1、確定性信號和隨機信號 確定性信號：可用確定的函數(shù)式或波形表示（不含信息） 隨

6、機信號： 不可用確定的函數(shù)式或波形表示（實際傳輸?shù)男?號、噪聲等，不可預(yù)知,11,2、連續(xù)（時間）信號和離散（時間）信號 根據(jù)信號定義域（函數(shù)自變量取值范圍）是連續(xù)或離散劃分 連續(xù)信號：如果在某一討論的時間范圍內(nèi)，除了若干個不連續(xù) 點之外，對任意時刻該函數(shù)都能給出確定的函數(shù)值。 連續(xù)的含義是指定義域連續(xù)，函數(shù)值可連續(xù)也可不連續(xù) 時間和函數(shù)值均連續(xù)的信號稱模擬信號 注意：連續(xù)信號與連續(xù)函數(shù) 的區(qū)別關(guān)于間斷點的問題,12,離散信號：僅在某些離散的瞬間才有定義的信號 離散的含義是指信號的定義域離散 當(dāng)各相臨時刻間隔為等間隔時簡記為f (k )，并稱其為序列。 單位階躍序列 單邊指數(shù)序列,13,3、周期信號和非周期信號,周期信號：定義在（， ）區(qū)間，每隔一定時間T （或整 數(shù)N）按相同規(guī)律重復(fù)變化的信號 連續(xù)周期信號： 離散周期信號： 非周期信號：不具有重復(fù)性 若令周期信號的周期趨于無窮大，則成為非周期信號,N=4,4、能量信號和功率信號,歸一化的能量或功率,信號（電壓或電流）在單位電阻上的能量或功率,連續(xù)信號：在區(qū)間（- ， ）上，信號f (t)的,信號能量,信號功率,若0 E （此時 P = 0）稱f (t)為能量信號,若0 P （此時 E = ）稱f (t)為功率信號,離散信號：在區(qū)間（- ，