長(zhǎng)江大學(xué)PPT信號(hào)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(hào)與系統(tǒng)分析高教出版社第第1章章 信號(hào)信號(hào)與與系統(tǒng)的概念系統(tǒng)的概念u 信號(hào)的概念信號(hào)的概念u 基本連續(xù)信號(hào)基本連續(xù)信號(hào), 沖激信號(hào)沖激信號(hào)u 信號(hào)的運(yùn)算信號(hào)的運(yùn)算, 信號(hào)的時(shí)域分解信號(hào)的時(shí)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(hào)與系統(tǒng)信號(hào)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(hào)與系統(tǒng)信號(hào)與系統(tǒng)研究的內(nèi)容研究的內(nèi)容:u什么是信號(hào)什么是信號(hào)?信號(hào)的特征信號(hào)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(hào)作用于系統(tǒng)產(chǎn)生什么

2、響應(yīng)？信號(hào)作用于系統(tǒng)產(chǎn)生什么響應(yīng)？信號(hào)與系統(tǒng)的時(shí)域分析信號(hào)與系統(tǒng)的時(shí)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(hào)的傅里葉分析信號(hào)的傅里葉分析l 概括概括u一個(gè)信號(hào)一個(gè)信號(hào): 確定性信號(hào)確定性信號(hào)u二個(gè)系統(tǒng)二個(gè)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(shí)域分析，頻域分析，四域分析：時(shí)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(hào)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(hào)處理生物醫(yī)學(xué)信號(hào)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(cè)距系統(tǒng)雷達(dá)測(cè)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(wú)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(hào)亮度和色度數(shù)字梳狀濾波器使混合視頻信號(hào)亮度和色度/彩度彩度兩方面的信號(hào)進(jìn)行分離處理兩方面的信號(hào)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(hào)的概念信號(hào)的概念l 信號(hào)信號(hào)u信號(hào)與信息：信號(hào)與信息：信號(hào)代表著信息，一般而言，信號(hào)不能直接表達(dá)所需的信信號(hào)代表著信息，一般而言，信號(hào)不能直接表達(dá)所需的信息息, , 一般要將原始信號(hào)（氣壓、溫度、機(jī)械位移、速度等）一般要將原始信號(hào)（氣壓、溫度、機(jī)械位移、速度等）轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。信號(hào)中包含了信息。轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。信號(hào)中包含了信息。u信號(hào)的描述方式主要有兩種：信號(hào)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(hào)的特征：信號(hào)的特征：時(shí)間特性是信號(hào)表現(xiàn)出一定波形的時(shí)間特性，如出現(xiàn)時(shí)間時(shí)間特性是信號(hào)表現(xiàn)出一定波形的時(shí)間特性，如出現(xiàn)時(shí)間的先后、持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短、重復(fù)周期的大小及隨時(shí)間變化的先后、持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短、重復(fù)周期的大小及隨時(shí)間變化的快慢等。的快慢等。頻率特性是任意信號(hào)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(hào)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(hào)的頻譜分頻率的正弦分量，即具有一定的頻率成分。信號(hào)的頻譜分析就是研究信號(hào)的頻率特性。析就是研究信號(hào)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(hào)的概念信號(hào)的概念l 信號(hào)的分類信號(hào)的分類u確定信號(hào)與隨機(jī)信號(hào)確定信號(hào)與隨機(jī)信號(hào)本課程研究確定信號(hào)本課程研究確定信號(hào)u連續(xù)信號(hào)與離散信號(hào)連續(xù)信號(hào)與離散信號(hào)本課程先講授連續(xù)信號(hào)與系統(tǒng)本課程先講授連續(xù)信號(hào)與系統(tǒng), ,后講授離散信號(hào)后講授離散信號(hào)和系統(tǒng)和系統(tǒng)u周期信號(hào)與非周期信號(hào)周期信號(hào)與非周期信號(hào)兩類信號(hào)都討論兩類信號(hào)都討論u能量信號(hào)與功率信號(hào)能量信號(hào)與功率信號(hào)兩類信號(hào)都討論兩類信號(hào)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(hào)分類信號(hào)分類 確定信號(hào)與隨機(jī)信號(hào)確定信號(hào)與隨機(jī)信號(hào)1414確定信號(hào)指一個(gè)可以表示為確定的時(shí)間函數(shù)的信號(hào)，即對(duì)確定

8、信號(hào)指一個(gè)可以表示為確定的時(shí)間函數(shù)的信號(hào)，即對(duì)于某一時(shí)刻，信號(hào)有確定的值。隨機(jī)信號(hào)則不同，它不是于某一時(shí)刻，信號(hào)有確定的值。隨機(jī)信號(hào)則不同，它不是一個(gè)確定的時(shí)間函數(shù)，通常只知道它取某一值的概率。一個(gè)確定的時(shí)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(hào)分類信號(hào)分類連續(xù)信號(hào)與離散信號(hào)連續(xù)信號(hào)與離散信號(hào)1515連續(xù)信號(hào)指在所討論的時(shí)間內(nèi)，對(duì)任意時(shí)刻值除若干連續(xù)信號(hào)指在所討論的時(shí)間內(nèi)，對(duì)任意時(shí)刻值除若干個(gè)不連續(xù)點(diǎn)外都有定義的信號(hào)。個(gè)不連續(xù)點(diǎn)外都有定義的信號(hào)。 離散信號(hào)是指只在某些不連續(xù)規(guī)定的時(shí)刻有定義，而離散信號(hào)是指

9、只在某些不連續(xù)規(guī)定的時(shí)刻有定義，而在其他時(shí)刻沒(méi)有定義的信號(hào)。在其他時(shí)刻沒(méi)有定義的信號(hào)。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(hào)分類信號(hào)分類周期信號(hào)與非周期信號(hào)周期信號(hào)與非周期信號(hào)1616周期信號(hào)是指一個(gè)每隔一定時(shí)間周期信號(hào)是指一個(gè)每隔一定時(shí)間T T，周而復(fù)始且無(wú)始無(wú)周而復(fù)始且無(wú)始無(wú)終的信號(hào)。終的信號(hào)。( (在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)重復(fù)變化在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)重復(fù)變化) ) 非周期信號(hào)在時(shí)間上不具有周而復(fù)始的特性。非周期信號(hào)在時(shí)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(hào)分類信號(hào)分類 能量信號(hào)與功率信號(hào)能

10、量信號(hào)與功率信號(hào)l能量信號(hào)和功率信號(hào)的定義能量信號(hào)和功率信號(hào)的定義u信號(hào)可看作是隨時(shí)間變化的電壓或電流，信號(hào)信號(hào)可看作是隨時(shí)間變化的電壓或電流，信號(hào) f (t)在歐姆的電阻上的瞬時(shí)功率為在歐姆的電阻上的瞬時(shí)功率為| f (t)|，在時(shí)間區(qū)，在時(shí)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(hào)：信號(hào)總能量為有限值而信號(hào)平均功率為能量信號(hào)：信號(hào)總能量為有限值而信號(hào)平均功率為零。零。u功率信號(hào)：平均功率為有限值而信號(hào)總能量為無(wú)限功率信號(hào)：平均功率為有限值而信號(hào)總能量為無(wú)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(hào)分類信號(hào)分類 能量信號(hào)與功率信號(hào)能量信號(hào)與功率信號(hào)l 特點(diǎn)特點(diǎn)u信號(hào)信號(hào) f (t)可以是一個(gè)既非功率信號(hào)，又非能量信號(hào)，可以是一個(gè)既非功率信號(hào)，又非能量信號(hào)，如單位斜坡信號(hào)。如單位斜坡信號(hào)。u但一個(gè)信號(hào)不可能同時(shí)既是功率信號(hào)，又是能量信但一個(gè)信號(hào)不可能同時(shí)既是功率信號(hào)，又是能量信號(hào)。號(hào)。u周期信號(hào)都是功率信號(hào)；周期信號(hào)都是功率信號(hào)；u除了具有無(wú)限能量及無(wú)限功率的信號(hào)外，非周期信除了具有無(wú)限能量及無(wú)限功率的信號(hào)外，非周期信號(hào)或者是能量信號(hào)號(hào)或者是能量信號(hào) t, f (t)=0, 或者是功率或者是功率信號(hào)信號(hào) 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(hào)與功率信號(hào)的判別？能量信號(hào)與功率信號(hào)的判別？1919判斷信號(hào)判斷信號(hào) ， 是否為能量信號(hào)或功率信號(hào)。是否為能量信號(hào)或功率信號(hào)。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(hào)為能量信號(hào), ,

13、 為功率信號(hào)。為功率信號(hào)。)(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(hào)能量三種有用的脈沖波形的信號(hào)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(hào)的功率。求下列周期信號(hào)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(gè)周期的能量為：，一個(gè)周期的能量為： 31312ATEPW信號(hào)的功率為信號(hào)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(hào)的功率。求下列周期信號(hào)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(gè)周期的能量為：，一個(gè)周期的能量為： 81621212ATEPW信號(hào)的功率為信號(hào)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(hào)的定義幾種具體信號(hào)的定義2323因果信號(hào)t0右邊信號(hào)t0左邊信號(hào)t0時(shí)限信號(hào)無(wú)時(shí)限信號(hào)t0t0反因果信號(hào)t0是左邊信號(hào)的特殊情況是左邊信號(hào)的特殊情況是右邊信號(hào)的特殊情況是右邊信號(hào)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(hào)基本連續(xù)信號(hào)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(shí), f(t) =1； f(t)0時(shí)， 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(hào)基本連續(xù)信號(hào)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(hào)基本連續(xù)信號(hào)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(hào)基本連續(xù)信號(hào)l 符號(hào)函數(shù)符號(hào)函數(shù) 27270101)(tttSgn)(tSgn10t1符號(hào)函數(shù)與階躍函數(shù)的關(guān)系為符號(hào)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(gè)門函數(shù)這就是一個(gè)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(shí)間函數(shù)的波形，注意它們的區(qū)別：繪出下列各時(shí)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(zhǎng)的正弦信號(hào)，為指數(shù)增長(zhǎng)的正弦信號(hào)， 0 Ea=int(t*exp(-t)2,0,inf)Ea =1/4 Eb=int(exp(t)2,0,1) Eb