第6部分-信號(hào)處理初步解析課件

第五章信號(hào)處理初步本章學(xué)習(xí)要求：1.了解數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的組成2.了解信號(hào)數(shù)字化出現(xiàn)的問題3.掌握采樣定理4.掌握相關(guān)分析方法信號(hào)處理的目的：1)分離信、噪，提高信噪比；2)從信號(hào)中提取有用的特征信號(hào)；3)修正測(cè)試系統(tǒng)的某些誤差，如傳感器的線性誤差、溫度影響等。測(cè)試工作的目的：是獲取反映被測(cè)對(duì)象的狀態(tài)和特征的信息。但是有用的信號(hào)總是和各種噪聲混雜在一起的，有時(shí)本身也不明顯，難以直接識(shí)別和利用。只有分離信、噪，并經(jīng)過必要的處理和分析、清除和修正系統(tǒng)誤差之后，才能比較準(zhǔn)確地提取測(cè)得信號(hào)中所含的有用信息。第五章信號(hào)處理初步模擬信號(hào)處理系統(tǒng)數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)方法模擬信號(hào)處理系統(tǒng)：由一系列能實(shí)現(xiàn)模擬運(yùn)算的電路，諸如模擬濾波器、乘法器、微分放大器等環(huán)節(jié)組成。其中大部分環(huán)節(jié)在前行課程和前面幾章中已有討論。模擬信號(hào)處理也作為數(shù)字信號(hào)處理的前奏，例如濾波、限幅、隔直、解調(diào)等預(yù)處理。數(shù)字處理之后也常需作模擬顯示、記錄等。數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)：是用數(shù)字方法處理信號(hào)，它既可在通用計(jì)算機(jī)上借助程序來實(shí)現(xiàn)，也可以用專用信號(hào)處理機(jī)來完成。數(shù)字信號(hào)處理機(jī)具有穩(wěn)定、靈活、快速、高效、應(yīng)用范圍廣、設(shè)備體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，在各行業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。第五章信號(hào)處理初步第一節(jié)數(shù)字信號(hào)處理的基本步驟

信號(hào)的預(yù)處理是把信號(hào)變成適于數(shù)字處理的形式，以減輕數(shù)字處理的困難。預(yù)處理包括:

1)電壓幅值調(diào)理，以便適宜于采樣，總是希望電壓峰-峰值足夠大，以便充分利用AD轉(zhuǎn)換器的精確度。2)必要的濾波，以提高信噪比，并濾去信號(hào)中的高頻噪聲。

3)隔離信號(hào)中的直流分量（如果所測(cè)信號(hào)中不應(yīng)有直流分量）。4)如原信號(hào)經(jīng)過調(diào)制，則應(yīng)先行解調(diào)。

預(yù)處理環(huán)節(jié)應(yīng)根據(jù)測(cè)試對(duì)象、信號(hào)特點(diǎn)和數(shù)字處理設(shè)備的能力妥善安排。模-數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換是模擬信號(hào)經(jīng)采樣、量化并轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制的過程。第五章信號(hào)處理初步物理信號(hào)對(duì)象傳感器放大等預(yù)處理A

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D轉(zhuǎn)換數(shù)字信號(hào)顯示D

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A轉(zhuǎn)換控制物理信號(hào)模擬信號(hào)計(jì)算機(jī)模擬信號(hào)模擬信號(hào)數(shù)字信號(hào)處理的基本步驟第二節(jié)信號(hào)數(shù)字化出現(xiàn)的問題

1.信號(hào)數(shù)字化處理過程數(shù)字信號(hào)處理首先把一個(gè)連續(xù)變化的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，然后由計(jì)算機(jī)處理，從中提取有關(guān)的信息。信號(hào)數(shù)字化過程包含著一系列步驟，每一步驟都可以引起信號(hào)和其蘊(yùn)含信息的失真?，F(xiàn)以計(jì)算一個(gè)模擬信號(hào)的頻譜為例來說明有關(guān)的問題。第五章信號(hào)處理初步信號(hào)數(shù)字化出現(xiàn)的問題信號(hào)數(shù)字化出現(xiàn)的問題2.時(shí)域采樣、混疊和采樣定理采樣是將采樣脈沖序列p(t)與信號(hào)x(t)相乘，取離散點(diǎn)x(nTs)的值的過程。采樣定理

X(0),X(1),X(2),……,X(n)

采樣定理

每周期應(yīng)該有多少采樣點(diǎn)？最少2點(diǎn):采樣定理

采樣定理

頻域解釋采樣定理

0t0f0t0ft00fx(t)|X(f)|采樣定理采樣定理

為保證采樣后信號(hào)能真實(shí)地保留原始模擬信號(hào)信息，信號(hào)采樣頻率必須至少為原信號(hào)中最高頻率成分的2倍。這是采樣的基本法則，稱為采樣定理。fs＞2fh

需注意，滿足采樣定理，只保證不發(fā)生頻率混疊，而不能保證此時(shí)的采樣信號(hào)能真實(shí)地反映原信號(hào)x(t)。工程實(shí)際中采樣頻率通常大于信號(hào)中最高頻率成分的3到5倍。采樣定理

頻率混疊：

FsFsFsFs頻混正常采樣定理

A/D采樣前的抗混疊濾波：物理信號(hào)對(duì)象傳感器電信號(hào)放大調(diào)理電信號(hào)A/D轉(zhuǎn)換數(shù)字信號(hào)展開低通濾波(0~Fs/2)放大采樣定理

3.量化與量化誤差采樣―利用采樣脈沖序列，從信號(hào)中抽取一系列離散值，使之成為采樣信號(hào)x(nTs)的過程。編碼―將經(jīng)過量化的值變?yōu)槎M(jìn)制數(shù)字的過程。

量化―把采樣信號(hào)經(jīng)過舍入變?yōu)橹挥杏邢迋€(gè)有效數(shù)字的數(shù)，這一過程稱為量化．A/D轉(zhuǎn)換

量化與量化誤差

信號(hào)的6等分量化過程4位A/D:XXXXX(1)0101X(2)0011X(3)0000X(4)0001X(5)0100……12345678量化與量化誤差

模擬信號(hào)的輸入范圍為D—?jiǎng)討B(tài)工作范圍如，0~5V，±5V，0~10V，±10V等。A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)是一定的。一個(gè)b位（又稱數(shù)據(jù)字長(zhǎng)）的二進(jìn)制數(shù)，共有L=2b個(gè)數(shù)碼。位數(shù)越多，量化誤差越小，分辨力越高。常用有8位、10位、12位、16位等。以D=5V為例，Dx為若最高位作為符號(hào)位，則兩相鄰量化電平之間的差Dx為量化誤差的最大值為±(Dx/2)量化與量化誤差

2)A/D轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo)

(3)模擬信號(hào)的輸入范圍;如，5V，+/-5V，10V，+/-10V等。(1)分辨率;

用輸出二進(jìn)制數(shù)碼的位數(shù)表示。位數(shù)越多，量化誤差越小，分辨力越高。常用有8位、10位、12位、16位等。(2)轉(zhuǎn)換速度;指完成一次轉(zhuǎn)換所用的時(shí)間，如:1ms(1KHz)；10us(100kHz)量化與量化誤差

第三節(jié)相關(guān)分析及其應(yīng)用一、兩個(gè)隨機(jī)變量的相關(guān)系數(shù)通常，兩個(gè)變量之間若存在一一對(duì)應(yīng)的確定關(guān)系，則稱兩者存在著函數(shù)關(guān)系。當(dāng)兩個(gè)隨機(jī)變量之間具有某種關(guān)系時(shí)，隨著某一個(gè)變量數(shù)值的確定，另一變量卻可能取許多不同值，但取值有一定的概率統(tǒng)計(jì)規(guī)律，這時(shí)稱兩個(gè)隨機(jī)變量存在著相關(guān)關(guān)系。變量x和y之間的相關(guān)程度常用相關(guān)系數(shù)表示第五章信號(hào)處理初步下圖分別表示了x、y兩變量間的各種關(guān)系情況。理想的線性相關(guān)相關(guān)分析對(duì)各態(tài)歷經(jīng)隨機(jī)信號(hào)及功率信號(hào)可定義：自相關(guān)函數(shù)自相關(guān)系數(shù)相關(guān)分析周期信號(hào)自相關(guān)函數(shù)有如下性質(zhì)：4）自相關(guān)函數(shù)是偶函數(shù)1）取值范圍2）當(dāng)t=0

時(shí)，自相關(guān)函數(shù)具有最大值（=均方值）。3）當(dāng)t足夠大或t→

時(shí)，隨機(jī)變量x(t)和x(t+t)之間不存在內(nèi)在聯(lián)系，彼此無關(guān)，即5）周期信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)仍然是同頻率的周期信號(hào)，其幅值與原信號(hào)有關(guān)，但丟失了原信號(hào)的相位信息。相關(guān)分析相關(guān)分析例5-1求正弦函數(shù)的自相關(guān)函數(shù)周期信號(hào)定義式相關(guān)分析三、信號(hào)的互相關(guān)函數(shù)兩個(gè)各態(tài)歷經(jīng)隨機(jī)信號(hào)x(t)和y(t)可定義：互相關(guān)函數(shù)周期信號(hào)