測試技術(shù)11課件

1、2022-3-221主主 要要 內(nèi)內(nèi) 容容2022-3-2221.1信號的分類和描述 n信號處理的目的、步驟信號處理的目的、步驟n信號的概念、描述、分類信號的概念、描述、分類n典型信號介紹典型信號介紹n信號的基本運(yùn)算信號的基本運(yùn)算n信號的分解信號的分解內(nèi)容提要內(nèi)容提要2022-3-2231.1.1信號處理及其目的1 1、信號處理、信號處理對信號進(jìn)行提取、變換、分析和綜合等處理過程的統(tǒng)稱。2 2、信號處理的目的、信號處理的目的去偽存真特征抽取編碼解碼去除信號中冗余和次要的成分，包括沒有任何意義反而會(huì)帶來干擾的噪音。把信號變成易于進(jìn)行分析和識別分析和識別的形式。編碼編碼:把信號變成易于傳輸傳輸、交

2、換交換與存儲存儲的形式;解碼解碼:從編碼信號中恢復(fù)出原始信號。2022-3-224 信號是信息的載體和具體表現(xiàn)形式，信號是信息的載體和具體表現(xiàn)形式，信息需轉(zhuǎn)化為傳輸媒質(zhì)能夠接受的信號信息需轉(zhuǎn)化為傳輸媒質(zhì)能夠接受的信號形式方能傳輸。形式方能傳輸。 廣義的說，信號是隨著時(shí)間變化的廣義的說，信號是隨著時(shí)間變化的某種物理量。只有在變化的量中，才可某種物理量。只有在變化的量中，才可能含有信息。能含有信息。1.1.2信號的描述、分類2022-3-2251、信號描述方法n數(shù)學(xué)描述u使用具體的數(shù)學(xué)表達(dá)式，把信號描述為一個(gè)或若干個(gè)自變量的函數(shù)函數(shù)或序列序列的形式。)sin()(ttftttf)sin()()()

3、(nuanxn因此，常可將“信號”與“函數(shù)”和“序列”等同起來2022-3-226信號波形：信號波形：被測信號信號幅度隨時(shí)間的變化歷程被測信號信號幅度隨時(shí)間的變化歷程稱為信號的波形。稱為信號的波形。波形波形信號波形圖：信號波形圖：用被測物理量的強(qiáng)度作為用被測物理量的強(qiáng)度作為縱坐標(biāo)，用時(shí)間做橫坐標(biāo)，記錄被測物縱坐標(biāo)，用時(shí)間做橫坐標(biāo)，記錄被測物理量隨時(shí)間的變化情況。理量隨時(shí)間的變化情況。2022-3-227信號：信號：經(jīng)過一定時(shí)間可以重復(fù)出現(xiàn)的信號經(jīng)過一定時(shí)間可以重復(fù)出現(xiàn)的信號 x ( t )x ( t ) = = x ( t + nT )x ( t + nT )簡單周期信號簡單周期信號復(fù)雜周期信

4、號復(fù)雜周期信號2022-3-228Sa(t)1-4 -3 -2 - 0 2 3 4 t n波形描述u按照函數(shù)隨自變量的變化關(guān)系，把信號的波形畫出來。tttSa)sin()(2022-3-229 信號的分類主要是依據(jù)信號波形特征來劃分信號的分類主要是依據(jù)信號波形特征來劃分的，在介紹信號分類前，先建立信號波形的概念。的，在介紹信號分類前，先建立信號波形的概念。2 2、信號的分類、信號的分類簡單周期信號簡單周期信號準(zhǔn)周期信號準(zhǔn)周期信號: :由多個(gè)周期信號合成，但各信號頻率不成由多個(gè)周期信號合成，但各信號頻率不成公倍數(shù)。如：公倍數(shù)。如：x(t) = sin(t)+sin(2.t)x(t) = sin(

5、t)+sin(2.t)瞬態(tài)信號瞬態(tài)信號:持續(xù)時(shí)間有限的信號，持續(xù)時(shí)間有限的信號， 如如 x(t)= e-Bt . Asin(2*pi*f*t)2022-3-2210 信號信號確定性信號確定性信號隨機(jī)信號隨機(jī)信號周期信號周期信號非周期信號非周期信號平穩(wěn)隨機(jī)平穩(wěn)隨機(jī)非平穩(wěn)隨機(jī)非平穩(wěn)隨機(jī)正玄周期正玄周期復(fù)合周期復(fù)合周期準(zhǔn)周期準(zhǔn)周期瞬態(tài)瞬態(tài)2022-3-22112、信號的分類 信號可用函數(shù)表示，有其函數(shù)圖象；信號讀出儀器的最終信號輸出形式一般是電流或電壓。 靜態(tài)信號與動(dòng)態(tài)信號靜態(tài)信號與動(dòng)態(tài)信號 靜態(tài)信號：不隨時(shí)間靜態(tài)信號：不隨時(shí)間變化；動(dòng)態(tài)信號：動(dòng)態(tài)信號：隨時(shí)間變化。 動(dòng)態(tài)信號又分為動(dòng)態(tài)信號又分為：連

6、續(xù)信號與離散信號 連續(xù)信號的圖形為連續(xù)的曲線； 離散信號的圖形為離散的點(diǎn)或幅值。 確定性信號與非確定性信號（隨機(jī)信號）確定性信號與非確定性信號（隨機(jī)信號） 確定性信號可用確定的數(shù)學(xué)關(guān)系式表示； 隨機(jī)信號雖能測出并且用圖象顯示，但無法用函數(shù)表達(dá)式表示，只能用統(tǒng)計(jì)特征量描述。2022-3-2212 確定性信號又分為：確定性信號又分為：周期信號和非周期信號周期信號和非周期信號周期信號： x(t) = x（t + nT）， n = 1,2,3,4， ； 離散周期信號 x(n) = x（n + mK）， m =1,2,3， 。 周期信號定義在（-，）區(qū)間,最小的T 和 K稱之為周期。單個(gè)的正、余弦波形和

7、單個(gè)的方波、三角波不是周期信號！非周期信號非周期信號又包括：又包括： 準(zhǔn)周期信號和一般（瞬變）非周期信號準(zhǔn)周期信號和一般（瞬變）非周期信號準(zhǔn)周期信號由有限個(gè)周期信號合成，但是并無公共周期；2022-3-2213瞬變非周期信號在一定的時(shí)間區(qū)間內(nèi)存在，或者隨時(shí)間的增長而衰減至零。 功率信號和能量信號功率信號和能量信號以信號 x(t) 的平方 x(t) 表示的信號的功率P(t) 功率信號，以及用 P(t) 對時(shí)間的積分表示信號的能量能量信號。 離散信號 x(n) 的能量定義為| x(n) | 實(shí)部信號與復(fù)部信號實(shí)部信號與復(fù)部信號 x(t) = = cos t + j sin t由歐拉公式展開得到，分

8、別為 x(t) 的實(shí)部和虛部。tje)(tete2022-3-2214a)a) 周期信號：經(jīng)過一定時(shí)間可以重復(fù)出現(xiàn)的信號周期信號：經(jīng)過一定時(shí)間可以重復(fù)出現(xiàn)的信號 x ( t ) x ( t ) = = x ( t + nT )x ( t + nT )簡單周期信號簡單周期信號復(fù)雜周期信號復(fù)雜周期信號2022-3-2215b) b) 非周期信號：在不會(huì)重復(fù)出現(xiàn)的信號。非周期信號：在不會(huì)重復(fù)出現(xiàn)的信號。 準(zhǔn)周期信號準(zhǔn)周期信號: :由多個(gè)周期信號合成，但各信號頻率不成由多個(gè)周期信號合成，但各信號頻率不成公倍數(shù)。如：公倍數(shù)。如：x(t) = sin(t)+sin(2.t)x(t) = sin(t)+si

9、n(2.t)瞬態(tài)信號瞬態(tài)信號:持續(xù)時(shí)間有限的信號，持續(xù)時(shí)間有限的信號， 如如 x(t)= e-Bt . Asin(2*pi*f*t)2022-3-2216c)c)非確定性信號：不能用數(shù)學(xué)式描述，其幅值、相非確定性信號：不能用數(shù)學(xué)式描述，其幅值、相位變化不可預(yù)知，所描述物理現(xiàn)象是一種隨機(jī)過程。位變化不可預(yù)知，所描述物理現(xiàn)象是一種隨機(jī)過程。 噪聲信號噪聲信號(平穩(wěn)平穩(wěn))統(tǒng)計(jì)特性變異統(tǒng)計(jì)特性變異噪聲信號噪聲信號(非平穩(wěn)非平穩(wěn))2022-3-22172 2 能量信號與功率信號能量信號與功率信號 a)a)能量信號能量信號 在所分析的區(qū)間（在所分析的區(qū)間（-，），能量為有限），能量為有限值的信號稱為能量信

10、號，滿足條件：值的信號稱為能量信號，滿足條件： dttx)(2一般持續(xù)時(shí)間有限的瞬態(tài)信號是能量信號。一般持續(xù)時(shí)間有限的瞬態(tài)信號是能量信號。2022-3-2218b)b)功率信號功率信號 在所分析的區(qū)間（在所分析的區(qū)間（-，），能量不是有限），能量不是有限值此時(shí)，研究信號的平均功率更為合適。值此時(shí)，研究信號的平均功率更為合適。 一般持續(xù)時(shí)間無限的信號都屬于功率信號一般持續(xù)時(shí)間無限的信號都屬于功率信號:TTTTdttx)(lim2212022-3-22193 3 時(shí)限與頻限信號時(shí)限與頻限信號 a) a) 時(shí)域有限信號時(shí)域有限信號在時(shí)間段在時(shí)間段 (t1(t1，t2)t2)內(nèi)有定義，其外恒等于零內(nèi)有

11、定義，其外恒等于零 b) b) 頻域有限信號頻域有限信號在頻率區(qū)間在頻率區(qū)間(f1(f1，f2 )f2 )內(nèi)有定義，其外恒等于內(nèi)有定義，其外恒等于零零 三角脈沖信號三角脈沖信號正弦波幅值譜正弦波幅值譜2022-3-22204 4 連續(xù)時(shí)間信號與離散時(shí)間信號連續(xù)時(shí)間信號與離散時(shí)間信號 a) a) 連續(xù)時(shí)間信號連續(xù)時(shí)間信號: :在所有時(shí)間點(diǎn)上有定義在所有時(shí)間點(diǎn)上有定義 b)b)離散時(shí)間信號離散時(shí)間信號: :在若干時(shí)間點(diǎn)上有定義在若干時(shí)間點(diǎn)上有定義采樣信號采樣信號2022-3-22215 5 物理可實(shí)現(xiàn)信號與物理不可實(shí)現(xiàn)信號物理可實(shí)現(xiàn)信號與物理不可實(shí)現(xiàn)信號a)a) 物理可實(shí)現(xiàn)信號：又稱為單邊信號，滿

12、足條件：物理可實(shí)現(xiàn)信號：又稱為單邊信號，滿足條件： t t0 0時(shí)，時(shí)，x(t) = 0 x(t) = 0， 即在時(shí)刻小于零的一側(cè)全為零。即在時(shí)刻小于零的一側(cè)全為零。2022-3-2222b) b) 物理不可實(shí)現(xiàn)信號：在事件發(fā)生前物理不可實(shí)現(xiàn)信號：在事件發(fā)生前(t0)(t0：右移b1：壓縮0：不需反褶0：需要反褶-4 0 6 tf (t)8f (2t)8-2 0 3 tf (-0.5t)8-12 0 8 t倍數(shù)為1/|a|2022-3-22803、相關(guān)運(yùn)算相關(guān)運(yùn)算：相關(guān)運(yùn)算：dtfftftfRtRff)()()(),()(*212121dftf)()(*21dtfftftfRtRff)()()

13、(),()(*121212dftf)()(*12)()()(2*112tftftRff)()(*1221tRtRffff2022-3-2281dftfdtfftRf)()()()()(*實(shí)函數(shù)的自相關(guān)是偶函數(shù)實(shí)函數(shù)的自相關(guān)是偶函數(shù)2022-3-2282自相關(guān)函數(shù)常用來檢測準(zhǔn)周期信號的準(zhǔn)周期t-T 0 t T8f()f(-t)(tRf(a)(b)tt是平移量2022-3-22831.1.5信號分解信信號號直流分量直流分量+交流分量交流分量偶分量偶分量+奇分量奇分量實(shí)部分量實(shí)部分量+虛部分量虛部分量脈沖分量脈沖分量正交分量正交分量2022-3-22842)()()()(tftftfEvtfe2)(

14、)()()(tftftfOdtfo)()(21)(Re)(*tftftftfr)()(21)(Im)(*tftfjtftfi信號的奇分量信號的偶分量信號的實(shí)部分量信號的虛部分量信號的直流分量22)(1lim)(TTdttfTtfTDC信號的均值信號的交流分量)()()(tftftfACAC2022-3-2285信號可以近似表示為一組矩形脈沖的和的形式。 0 t1 t)(tfs f (t1) t1信號分解后，1t處寬度為1t的矩形脈沖可以表示為)()()()(11111tttuttutftft于是原始函數(shù)可以表示為：11)()(tttftf2022-3-22862、信號正交分量分解正交函數(shù)：如果在區(qū)