長江大學(xué)PPT信號與系統(tǒng)1-1

1、精品課程網(wǎng)站1教材：金波張正炳編者信號與系統(tǒng)分析高教出版社第第1章章 信號信號與與系統(tǒng)的概念系統(tǒng)的概念u 信號的概念信號的概念u 基本連續(xù)信號基本連續(xù)信號, 沖激信號沖激信號u 信號的運(yùn)算信號的運(yùn)算, 信號的時域分解信號的時域分解u 系統(tǒng)的概念系統(tǒng)的概念電信學(xué)院電信學(xué)院電信學(xué)院電信學(xué)院精品課程網(wǎng)站 引引 言言l 信號與系統(tǒng)信號與系統(tǒng)是電類相關(guān)專業(yè)的學(xué)生必須學(xué)習(xí)的專業(yè)理論基礎(chǔ)課程是電類相關(guān)專業(yè)的學(xué)生必須學(xué)習(xí)的專業(yè)理論基礎(chǔ)課程之一。之一。l 信號與系統(tǒng)信號與系統(tǒng)研究的內(nèi)容研究的內(nèi)容:u什么是信號什么是信號?信號的特征信號的特征?u什么是系統(tǒng)什么是系統(tǒng)?系統(tǒng)的特征系統(tǒng)的特征?u信號作用于系統(tǒng)產(chǎn)生什么

2、響應(yīng)？信號作用于系統(tǒng)產(chǎn)生什么響應(yīng)？信號與系統(tǒng)的時域分析信號與系統(tǒng)的時域分析連續(xù)系統(tǒng)的拉普拉斯變換分析連續(xù)系統(tǒng)的拉普拉斯變換分析離散系統(tǒng)的離散系統(tǒng)的z變換分析變換分析信號的傅里葉分析信號的傅里葉分析l 概括概括u一個信號一個信號: 確定性信號確定性信號u二個系統(tǒng)二個系統(tǒng): 連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)u三大變換三大變換: 傅里葉變換，拉普拉斯變換，傅里葉變換，拉普拉斯變換，z變換變換u四域分析：時域分析，頻域分析，四域分析：時域分析，頻域分析，S域分析，域分析，Z域分析域分析2電信學(xué)院電信學(xué)院電信學(xué)院電信學(xué)院精品課程網(wǎng)站信號作用于系統(tǒng)產(chǎn)生響應(yīng)舉例l 心電圖機(jī)3心電圖機(jī)心臟跳動心電圖波形電

3、信學(xué)院電信學(xué)院電信學(xué)院電信學(xué)院精品課程網(wǎng)站應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例l 電力系統(tǒng)諧波分析4電弧爐大型f50250幅度電網(wǎng)頻譜分析 電信學(xué)院電信學(xué)院電信學(xué)院電信學(xué)院精品課程網(wǎng)站應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例l 故障診斷電動機(jī)鼠籠斷條5鼠籠斷裂鼠籠斷裂電機(jī)轉(zhuǎn)子電機(jī)轉(zhuǎn)子的鼠籠的鼠籠45 49 50 f電動機(jī)頻譜分析泄露電信學(xué)院電信學(xué)院電信學(xué)院電信學(xué)院精品課程網(wǎng)站應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例l 生物醫(yī)學(xué)信號處理生物醫(yī)學(xué)信號處理6濾波以前干擾嚴(yán)重濾波以前干擾嚴(yán)重濾波以后干擾祛除濾波以后干擾祛除電信學(xué)院電信學(xué)院電信學(xué)院電信學(xué)院精品課程網(wǎng)站應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例l 雷達(dá)測距系統(tǒng)雷達(dá)測距系統(tǒng) 7電信學(xué)院電信學(xué)院電信學(xué)院電信學(xué)院精品課程網(wǎng)站應(yīng)用舉例應(yīng)用

4、舉例l 無線話筒設(shè)備與原理圖8 電信學(xué)院電信學(xué)院電信學(xué)院電信學(xué)院精品課程網(wǎng)站應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例l 工程上使用的PID控制器及PID控制原理9 (a) 智能智能PID控制器控制器(b) PID控制方框圖控制方框圖電信學(xué)院電信學(xué)院電信學(xué)院電信學(xué)院精品課程網(wǎng)站應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例l 地震勘探系統(tǒng)中的應(yīng)用 10 電信學(xué)院電信學(xué)院電信學(xué)院電信學(xué)院精品課程網(wǎng)站應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例l 數(shù)字梳狀濾波器使混合視頻信號亮度和色度數(shù)字梳狀濾波器使混合視頻信號亮度和色度/彩度彩度兩方面的信號進(jìn)行分離處理兩方面的信號進(jìn)行分離處理 11 (a)普通梳狀濾波器普通梳狀濾波器 (b)數(shù)字梳狀濾波器數(shù)字梳狀濾波器, (c)3D數(shù)字?jǐn)?shù)字梳

5、狀濾波器梳狀濾波器,提高水平提高水平/垂直分辨率垂直分辨率 提高水平提高水平/垂直垂直/斜線分辨率斜線分辨率電信學(xué)院電信學(xué)院電信學(xué)院電信學(xué)院精品課程網(wǎng)站1.1 信號的概念信號的概念l 信號信號u信號與信息：信號與信息：信號代表著信息，一般而言，信號不能直接表達(dá)所需的信信號代表著信息，一般而言，信號不能直接表達(dá)所需的信息息, , 一般要將原始信號（氣壓、溫度、機(jī)械位移、速度等）一般要將原始信號（氣壓、溫度、機(jī)械位移、速度等）轉(zhuǎn)換為電信號。信號中包含了信息。轉(zhuǎn)換為電信號。信號中包含了信息。u信號的描述方式主要有兩種：信號的描述方式主要有兩種：一種是數(shù)學(xué)函數(shù)的表達(dá)形式；一種是數(shù)學(xué)函數(shù)的表達(dá)形式；另一

6、種是圖形表達(dá)形式，即某種形式的變化波形。另一種是圖形表達(dá)形式，即某種形式的變化波形。u信號的特征：信號的特征：時間特性是信號表現(xiàn)出一定波形的時間特性，如出現(xiàn)時間時間特性是信號表現(xiàn)出一定波形的時間特性，如出現(xiàn)時間的先后、持續(xù)時間的長短、重復(fù)周期的大小及隨時間變化的先后、持續(xù)時間的長短、重復(fù)周期的大小及隨時間變化的快慢等。的快慢等。頻率特性是任意信號在一定條件下總可以分解為許多不同頻率特性是任意信號在一定條件下總可以分解為許多不同頻率的正弦分量，即具有一定的頻率成分。信號的頻譜分頻率的正弦分量，即具有一定的頻率成分。信號的頻譜分析就是研究信號的頻率特性。析就是研究信號的頻率特性。1212電信學(xué)院電

7、信學(xué)院電信學(xué)院電信學(xué)院精品課程網(wǎng)站1.1 信號的概念信號的概念l 信號的分類信號的分類u確定信號與隨機(jī)信號確定信號與隨機(jī)信號本課程研究確定信號本課程研究確定信號u連續(xù)信號與離散信號連續(xù)信號與離散信號本課程先講授連續(xù)信號與系統(tǒng)本課程先講授連續(xù)信號與系統(tǒng), ,后講授離散信號后講授離散信號和系統(tǒng)和系統(tǒng)u周期信號與非周期信號周期信號與非周期信號兩類信號都討論兩類信號都討論u能量信號與功率信號能量信號與功率信號兩類信號都討論兩類信號都討論1313電信學(xué)院電信學(xué)院電信學(xué)院電信學(xué)院精品課程網(wǎng)站信號分類信號分類 確定信號與隨機(jī)信號確定信號與隨機(jī)信號1414確定信號指一個可以表示為確定的時間函數(shù)的信號，即對確定

8、信號指一個可以表示為確定的時間函數(shù)的信號，即對于某一時刻，信號有確定的值。隨機(jī)信號則不同，它不是于某一時刻，信號有確定的值。隨機(jī)信號則不同，它不是一個確定的時間函數(shù)，通常只知道它取某一值的概率。一個確定的時間函數(shù)，通常只知道它取某一值的概率。 ttt)(tf0001tt)(tft)(tf電信學(xué)院電信學(xué)院電信學(xué)院電信學(xué)院精品課程網(wǎng)站信號分類信號分類連續(xù)信號與離散信號連續(xù)信號與離散信號1515連續(xù)信號指在所討論的時間內(nèi)，對任意時刻值除若干連續(xù)信號指在所討論的時間內(nèi)，對任意時刻值除若干個不連續(xù)點(diǎn)外都有定義的信號。個不連續(xù)點(diǎn)外都有定義的信號。 離散信號是指只在某些不連續(xù)規(guī)定的時刻有定義，而離散信號是指

9、只在某些不連續(xù)規(guī)定的時刻有定義，而在其他時刻沒有定義的信號。在其他時刻沒有定義的信號。t)(tft)(tft)(tft)(tf電信學(xué)院電信學(xué)院電信學(xué)院電信學(xué)院精品課程網(wǎng)站信號分類信號分類周期信號與非周期信號周期信號與非周期信號1616周期信號是指一個每隔一定時間周期信號是指一個每隔一定時間T T，周而復(fù)始且無始無周而復(fù)始且無始無終的信號。終的信號。( (在較長時間內(nèi)重復(fù)變化在較長時間內(nèi)重復(fù)變化) ) 非周期信號在時間上不具有周而復(fù)始的特性。非周期信號在時間上不具有周而復(fù)始的特性。t)(tfTt)(tfTt)(tf電信學(xué)院電信學(xué)院電信學(xué)院電信學(xué)院精品課程網(wǎng)站信號分類信號分類 能量信號與功率信號能

10、量信號與功率信號l能量信號和功率信號的定義能量信號和功率信號的定義u信號可看作是隨時間變化的電壓或電流，信號信號可看作是隨時間變化的電壓或電流，信號 f (t)在歐姆的電阻上的瞬時功率為在歐姆的電阻上的瞬時功率為| f (t)|，在時間區(qū)，在時間區(qū)間所消耗的總能量和平均功率分別定義為：間所消耗的總能量和平均功率分別定義為： u能量信號：信號總能量為有限值而信號平均功率為能量信號：信號總能量為有限值而信號平均功率為零。零。u功率信號：平均功率為有限值而信號總能量為無限功率信號：平均功率為有限值而信號總能量為無限大。大。1717t dtfETTT2)(lim總能量tdtfTPTTT2)(21lim

11、平均功率電信學(xué)院電信學(xué)院電信學(xué)院電信學(xué)院精品課程網(wǎng)站信號分類信號分類 能量信號與功率信號能量信號與功率信號l 特點(diǎn)特點(diǎn)u信號信號 f (t)可以是一個既非功率信號，又非能量信號，可以是一個既非功率信號，又非能量信號，如單位斜坡信號。如單位斜坡信號。u但一個信號不可能同時既是功率信號，又是能量信但一個信號不可能同時既是功率信號，又是能量信號。號。u周期信號都是功率信號；周期信號都是功率信號；u除了具有無限能量及無限功率的信號外，非周期信除了具有無限能量及無限功率的信號外，非周期信號或者是能量信號號或者是能量信號 t, f (t)=0, 或者是功率或者是功率信號信號 t, f (t)0。1818電

12、信學(xué)院電信學(xué)院電信學(xué)院電信學(xué)院精品課程網(wǎng)站例例1.2 能量信號與功率信號的判別？能量信號與功率信號的判別？1919判斷信號判斷信號 ， 是否為能量信號或功率信號。是否為能量信號或功率信號。tetf21)()()10cos(5)(2tttfJ212)(lim004044221TTttttTdtedtedtedteEW25. 622251lim)20cos(1 2251lim)10(cos251lim202022TTdttTdttTPTTTTT解：解：2225lim)20cos(1 225lim)10(cos25lim202022TdttdttETTTTT01P所以所以 為能量信號為能量信號, ,

13、 為功率信號。為功率信號。)(1tf)(2tf電信學(xué)院電信學(xué)院電信學(xué)院電信學(xué)院精品課程網(wǎng)站三種有用的脈沖波形的信號能量三種有用的脈沖波形的信號能量 2020Ab矩形脈沖bAE2Ab半周正弦波2/2bAE Ab三角脈沖3/2bAE 電信學(xué)院電信學(xué)院電信學(xué)院電信學(xué)院精品課程網(wǎng)站例例1.3 求下列周期信號的功率。求下列周期信號的功率。2121TAbAbAE22231)(3131周期鋸齒波的功率：周期鋸齒波的功率：T T= = b b + + b b =10s=10s，一個周期的能量為：，一個周期的能量為： 31312ATEPW信號的功率為信號的功率為電信學(xué)院電信學(xué)院電信學(xué)院電信學(xué)院精品課程網(wǎng)站例例1

14、.3 求下列周期信號的功率。求下列周期信號的功率。2222TAbAE222121全波整流波形的功率：全波整流波形的功率：T T= =b b =5s=5s，一個周期的能量為：，一個周期的能量為： 81621212ATEPW信號的功率為信號的功率為電信學(xué)院電信學(xué)院電信學(xué)院電信學(xué)院精品課程網(wǎng)站幾種具體信號的定義幾種具體信號的定義2323因果信號t0右邊信號t0左邊信號t0時限信號無時限信號t0t0反因果信號t0是左邊信號的特殊情況是左邊信號的特殊情況是右邊信號的特殊情況是右邊信號的特殊情況電信學(xué)院電信學(xué)院電信學(xué)院電信學(xué)院1.2 基本連續(xù)信號基本連續(xù)信號l 單位階躍函數(shù)單位階躍函數(shù) 24242)(tt

15、201)(tt01)(lim)(0tt00t01tf(t), f(t)0時, f(t) =1； f(t)0時， f(t) =0。 ) 12( t5 . 00t5 . 01t) 12(t1t05 . 0電信學(xué)院電信學(xué)院電信學(xué)院電信學(xué)院精品課程網(wǎng)站1.2 基本連續(xù)信號基本連續(xù)信號l 門函數(shù)門函數(shù) 2525其它05 . 0|1)(ttG)(tG10t22)5 . 0()5 . 0()(tttG或?qū)憺榛驅(qū)憺殚T寬為門寬為 電信學(xué)院電信學(xué)院電信學(xué)院電信學(xué)院精品課程網(wǎng)站1.2 基本連續(xù)信號基本連續(xù)信號l 單位斜坡函數(shù)單位斜坡函數(shù) 2626tdtttttr0)()()(dttdrt)()(l 三角脈沖函數(shù)三角

16、脈沖函數(shù) 其它0|1)(tttQ)(tQ10t)(tr10t1電信學(xué)院電信學(xué)院電信學(xué)院電信學(xué)院精品課程網(wǎng)站1.2 基本連續(xù)信號基本連續(xù)信號l 符號函數(shù)符號函數(shù) 27270101)(tttSgn)(tSgn10t1符號函數(shù)與階躍函數(shù)的關(guān)系為符號函數(shù)與階躍函數(shù)的關(guān)系為 )()()(21)(ttttSgn 1)( 5 . 0)(tSgnt電信學(xué)院電信學(xué)院電信學(xué)院電信學(xué)院精品課程網(wǎng)站 f (t) (t)的意義的意義28280tt0)(tf)(t)(0tt t0)()(ttf0t)()(00ttttft0)()(ttf0t)()(00ttttf0tt0)(tf)()(0tttf (t)乘門函數(shù)，乘門函數(shù)

17、，只保留門內(nèi)的值只保留門內(nèi)的值將將f (t) (t)向右移向右移將將f (t) (t)向左移向左移電信學(xué)院電信學(xué)院電信學(xué)院電信學(xué)院精品課程網(wǎng)站延遲的階躍函數(shù)延遲的階躍函數(shù)2929延遲的階躍函數(shù)定義為：延遲的階躍函數(shù)定義為：00010)(tttttt用階躍函數(shù)可以表示方波或分段常量波形：用階躍函數(shù)可以表示方波或分段常量波形：)(0tt 1t00tuKt00t1tuKt00t1tK)()()()(1010ttttKttKttKu這就是一個門函數(shù)這就是一個門函數(shù)( (方波方波) )的表達(dá)式。的表達(dá)式。用這種門函數(shù)可表示用這種門函數(shù)可表示其它一些函數(shù)其它一些函數(shù)電信學(xué)院電信學(xué)院電信學(xué)院電信學(xué)院精品課程

18、網(wǎng)站例例1.5 延遲的階躍函數(shù)延遲的階躍函數(shù)3030u1t013)2(5 . 0) 1(5 . 1)(tttii1t021-12i1t05 . 1-125 . 0u1t013也可以用門函數(shù)的方法求也可以用門函數(shù)的方法求：)2(5 . 0) 1(5 . 1)()2() 1( 5 . 0)1()(ttttttti)3() 1() 1()(tttttu也可以用門函數(shù)的方法求也可以用門函數(shù)的方法求)3() 1() 1()()3() 1()1()(ttttttttttu電信學(xué)院電信學(xué)院電信學(xué)院電信學(xué)院精品課程網(wǎng)站補(bǔ)充例題補(bǔ)充例題3131繪出下列各時間函數(shù)的波形，注意它們的區(qū)別：繪出下列各時間函數(shù)的波形，注意它們的區(qū)別：)1()(ttt) 1( tt110t110t) 1()1()(tttt10t) 1() 1(tt110ttf (t)乘門函數(shù)，乘門函數(shù)，只保留門內(nèi)的值只保留門內(nèi)的值使使 t 00為指數(shù)增長的正弦信號，為指數(shù)增長的正弦信號， 0 Ea=int(t*exp(-t)2,0,inf)Ea =1/4 Eb=int(exp(t)2,0,1) Eb