信號和信號處理的基本概念.ppt

1、1.1信號的基本概念1.2信號的分類1.3信號的采集1.4信號的描述1.5工程信號處理系統(tǒng)的基本組成和功能1.6系統(tǒng)和系統(tǒng)分析方法，信號和信號處理的基本概念，1。測試、信息和信號測試：具有實驗性質(zhì)的測量測試：用于探索和理解未知事物的過程測量：用于確定被測對象大小的實驗過程信息：信息、智能或知識、事物的運動狀態(tài)或模式信號：傳輸信息的載體通過信號傳播獲得知識，1.1信號的基本概念，信號：傳輸物理系統(tǒng)的狀態(tài)或信息的功能隨時間和空間而變化。一維、二維、多維單值和多值電信號一般指隨時間變化的電壓或電流，也可以是電容器的電荷、線圈的磁通量和空間電磁波等。原始信號是非電物理量，如聲波、機(jī)械振動位移、速度和加

2、速度、應(yīng)力、力矩等。通常被轉(zhuǎn)換成電信號進(jìn)行傳輸和處理。特征：單值、一維、時間函數(shù)、動態(tài)(與頻率相關(guān)、非常數(shù)值)；2.信號測試和處理系統(tǒng)的一般組成部分是傳感器、信號調(diào)理、記錄和存儲、信號處理、顯示和打印輸出。動態(tài)信號分析的發(fā)展動態(tài)信號分析的三個發(fā)展階段時域分析-頻域分析-信號處理方法的改進(jìn)和新信號處理方法的發(fā)展頻譜校正理論時頻分析的各種分析方法多參數(shù)測量系統(tǒng)的發(fā)展計算機(jī)輔助測試分析系統(tǒng)的廣泛發(fā)展和應(yīng)用，信號分析和處理的三個階段，時域分析，頻域分析，時頻分析，單頻諧波信號分析，自由衰減振動信號分析， 兩個諧波信號疊加分析、多自由度衰減振動信號分析、單頻調(diào)幅信號的STFT、單頻調(diào)幅信號的維格納-維爾

3、分布、BACK、動態(tài)信號和靜態(tài)信號確定性信號和隨機(jī)信號、能量信號和功率信號模擬信號和數(shù)字信號、1.2信號分類、動態(tài)信號和靜態(tài)信號、動態(tài)信號：隨時間變化的信號。 動態(tài)信號通常涉及頻率、振幅和相位等因素，可分為確定性信號和隨機(jī)信號。靜態(tài)信號：不隨時間變化的信號。靜態(tài)信號通常是一個恒定值。有時，我們稱之為隨時間緩慢變化的信號(如溫度、壓力等)。)準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)信號，并且準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)信號的頻率非常低。確定性信號和隨機(jī)信號、動態(tài)信號分類、確定性信號、隨機(jī)信號、周期信號、非周期信號、非平穩(wěn)隨機(jī)信號、平穩(wěn)隨機(jī)信號、準(zhǔn)周期信號、瞬態(tài)信號、遍歷信號、非遍歷信號、確定性信號、if信號。其本質(zhì)可以用確定的數(shù)學(xué)關(guān)系來描述，如正弦波

4、、方波和三角波。確定性信號可以分為周期性信號和非周期性信號?？梢栽谝欢〞r間后重復(fù)的周期信號包括具有單一頻率的簡單諧波信號和復(fù)雜周期信號。滿足條件：在機(jī)械系統(tǒng)中，由旋轉(zhuǎn)體不平衡引起的振動和齒輪嚙合引起的振動通常是一種周期性振動。周期信號、單頻周期信號曲線、多頻周期信號曲線、非周期信號和非周期信號不具有時間周期特征。當(dāng)t趨于無窮大時，周期信號變成非周期信號。非周期信號分為準(zhǔn)周期信號和瞬態(tài)非周期信號。準(zhǔn)周期信號：周期和非周期的邊際情況是由有限周期但非公共倍數(shù)的信號混合產(chǎn)生的信號。有時人們把有規(guī)律的沖擊衰減但沒有嚴(yán)格相等的信號稱為準(zhǔn)周期信號。例如，在機(jī)械系統(tǒng)中，由齒輪的斷齒、滾動軸承的疲勞剝落引起的振

5、動信號，以及在澆筑大型橋梁的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)時用于增加密實度的多個振動激勵器的不同步引起的振動信號都是這樣的信號。瞬時信號、爆炸能量的快速釋放、炸彈攻擊、地震等。電視、雷達(dá)和通信中的突發(fā)信號；機(jī)械振動中由沖擊引起的自由衰減信號都是瞬態(tài)信號。旋轉(zhuǎn)機(jī)械的加速和減速以及機(jī)床的喘振等信號也是瞬態(tài)信號。隨機(jī)信號：不能用精確的數(shù)學(xué)表達(dá)式來描述的信號，t在任何時候的振幅、頻率和相位都不能預(yù)先預(yù)測。隨機(jī)信號包括平穩(wěn)隨機(jī)信號和非平穩(wěn)隨機(jī)信號。平穩(wěn)隨機(jī)信號是指在任何時刻t的幅度、頻率和相位都是事先不可預(yù)測的，但具有統(tǒng)計規(guī)律并可以用統(tǒng)計規(guī)律進(jìn)行分析的信號。非平穩(wěn)隨機(jī)信號沒有統(tǒng)計特征。如果任何時間樣本的統(tǒng)計特征能代表整

6、個時間歷史，那么這種信號就是一個具有各種狀態(tài)的隨機(jī)信號。任何時間樣本的統(tǒng)計特征都不能代表整個隨機(jī)過程的統(tǒng)計特征，這是一個非遍歷信號。能量信號：在分析區(qū)間(-，)，能量有限的信號稱為能量信號。滿足條件：矩形脈沖在區(qū)間(t1，t2)內(nèi)，遞減正弦波在區(qū)間(0)內(nèi)，衰減指數(shù)為能量信號，能量信號和功率信號在區(qū)間(0)內(nèi)，功率信號：能量在分析區(qū)間(-，)內(nèi)不是有限的，但信號具有無限的能量。在這種情況下，研究信號的平均功率更有意義。功率信號滿足以下條件：在間隔(t1，t2)中，信號的平均功率為0。顯然，能量信號具有零平均功率，而功率信號具有無限能量。模擬信號：在連續(xù)時間范圍內(nèi)定義的信號，信號的幅度可以取連續(xù)

7、范圍內(nèi)的任何值，即具有連續(xù)時間和連續(xù)幅度的信號稱為模擬信號。數(shù)學(xué)上，這種信號表示為連續(xù)變量的函數(shù)，也稱為連續(xù)時間信號。數(shù)字信號：時間和幅度上的量化信號。數(shù)字信號總是可以用一系列數(shù)字來表示，每個數(shù)字都用一個有限的數(shù)字來表示。離散時間信號是一種典型的數(shù)字信號。信號拾取系統(tǒng)應(yīng)特別注意以下兩個問題：1 .拾取的信號沒有失真：這是確保信號處理能夠獲得正確結(jié)果的先決條件。無失真通常意味著拾取信號的幅度在指定的頻率范圍內(nèi)具有合適的動態(tài)范圍，該范圍不能太小而使信噪比太低或太大而不能超出該范圍，并且相位不會因測試系統(tǒng)而改變，并且與原始信號不一致。2.一般來說，物理量轉(zhuǎn)化為電量，最好以模擬或數(shù)字電壓信號作為最終形

8、式，這有利于后續(xù)的信號處理。1.3信號采集、信號采集和處理流程框圖、觀測和測量對象、傳感器和二次儀表、監(jiān)控儀表、錄音機(jī)、信號分析儀、計算機(jī)、打印機(jī)x-y記錄儀、A/D、1.4信號描述、信號時域描述：信號以時間為自變量，信號的頻率成分無法清晰揭示。周期方波的時域描述，BACK，信號的頻域描述：信號由每個頻率分量的幅度和相位來描述。通過光譜分析。周期方波可以用傅里葉級數(shù)展開：周期方波的描述，信號在時頻域的描述：對于頻率變化的瞬態(tài)信號，由不同時間的頻譜組成三維譜圖來描述信號。1.5工程信號處理系統(tǒng)的基本組成和功能，信號預(yù)處理，信號采集，數(shù)字信號處理器，顯示記錄，信號，X(t)，數(shù)據(jù)，信息，工程信號處

9、理系統(tǒng)的基本組成圖，解調(diào)器輸入放大器或衰減器抗混濾波器阻塞裝置，預(yù)處理是在數(shù)字信號處理之前用模擬方法對信號進(jìn)行處理，目的是將信號轉(zhuǎn)換成適合數(shù)字處理的形式，以減輕數(shù)字處理的難度。預(yù)處理部分主要包括以下設(shè)備：1 .信號預(yù)處理、采樣保持電路時基信號發(fā)生器觸發(fā)系統(tǒng)控制器?，F(xiàn)代模數(shù)轉(zhuǎn)換器有獨立的中央處理器和存儲器；3.數(shù)字信號處理器是整個系統(tǒng)的核心，完成各種分析和計算。4.打印顯示結(jié)果。2。信號采集：將預(yù)處理后的模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，其核心是模數(shù)轉(zhuǎn)換器，它還包括以下幾個部分：1.6系統(tǒng)和系統(tǒng)分析方法、系統(tǒng)概念、常用系統(tǒng)分析方法和其他系統(tǒng)分析方法。從信息獲取、轉(zhuǎn)換、傳輸和提取的角度出發(fā)，對信號分析和信號

10、通過線性系統(tǒng)和內(nèi)容進(jìn)行處理，將信號分析和系統(tǒng)理論有機(jī)結(jié)合?！跋到y(tǒng)”一詞的本義是“根據(jù)某種關(guān)系組合起來的類似事物的整體”。在這里，它被定義為一個具有特定功能的整體，由幾個相互作用、相互依存的事物組成，稱為一個系統(tǒng)。根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)可以大致分為以下幾類：連續(xù)時間系統(tǒng)和離散時間系統(tǒng)，線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)，時變系統(tǒng)和非時變系統(tǒng)，連續(xù)時間系統(tǒng)和離散時間系統(tǒng)，連續(xù)時間系統(tǒng)：輸入和輸出都是連續(xù)時間信號，數(shù)學(xué)模型可以用微分方程表示。離散時間系統(tǒng)：輸入和輸出為離散時間信號，數(shù)學(xué)模型可用差分方程表示。本質(zhì)上，所有實際的物理系統(tǒng)都是連續(xù)時間系統(tǒng)，但是當(dāng)使用計算機(jī)來解決系統(tǒng)問題和處理分析信號時，它們必須被離散化，

11、以便連續(xù)系統(tǒng)可以被轉(zhuǎn)換成離散時間系統(tǒng)。線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)，線性系統(tǒng)：滿足疊加性和同質(zhì)性的系統(tǒng)。線性系統(tǒng)具有疊加性、均勻性、頻率保持性、疊加性、均勻性、X(t)、y(t)、N.x(t)、N.y(t)、頻率保持性。輸入是特定頻率的簡單諧波，輸出必須是相同頻率的簡單諧波信號。已證明：y(。相反，如果系統(tǒng)參數(shù)隨時間變化，它就是一個時變系統(tǒng)。如旋轉(zhuǎn)機(jī)械的加速和減速過程、機(jī)床喘振等。常用的系統(tǒng)分析方法有時域分析法、頻域分析法和其他變換域分析法，線性系統(tǒng)有以下兩種關(guān)系式：(1)時域：h(t)線性系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)函數(shù)，(2)頻域：H()，線性系統(tǒng)的傳遞函數(shù)(頻率響應(yīng)函數(shù))，常數(shù)系統(tǒng)分析法，已知在多自由度線性系統(tǒng)中有n個獨立的一輸入n輸出的微分方程。根據(jù)上述原理，對方程的左右兩邊同時進(jìn)行傅里葉變換，變成n個線性方程，一個輸入傅里葉變換，n個輸出傅里葉變換，去掉中間