信號與系統(tǒng)資料課件

2023信號與系統(tǒng)資料課件目錄contents信號與系統(tǒng)概述信號的時(shí)域分析信號的頻域分析系統(tǒng)的特性與分析信號與系統(tǒng)在現(xiàn)代通信中的應(yīng)用信號與系統(tǒng)概述01分類離散時(shí)間信號：信號在時(shí)間上離散變化的，如數(shù)字信號。非周期信號：不具有周期性的信號。定義：信號是攜帶信息的物理量，它可以傳遞、處理和存儲信息。連續(xù)時(shí)間信號：信號在時(shí)間上連續(xù)變化的，如模擬信號。周期信號：在一定時(shí)間內(nèi)重復(fù)出現(xiàn)的信號。010203040506信號的定義與分類定義：系統(tǒng)是由相互關(guān)聯(lián)、相互作用的部分組成的整體，用于接收、處理和輸出信號。系統(tǒng)的定義與分類分類連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)：處理連續(xù)時(shí)間信號的系統(tǒng)。離散時(shí)間系統(tǒng)：處理離散時(shí)間信號的系統(tǒng)。系統(tǒng)的定義與分類線性系統(tǒng)非線性系統(tǒng)時(shí)不變系統(tǒng)時(shí)變系統(tǒng)系統(tǒng)的定義與分類01020304輸出與輸入成線性關(guān)系的系統(tǒng)。輸出與輸入不成線性關(guān)系的系統(tǒng)。系統(tǒng)特性不隨時(shí)間變化的系統(tǒng)。系統(tǒng)特性隨時(shí)間變化的系統(tǒng)。重要性：信號與系統(tǒng)是信息處理的核心，是現(xiàn)代通信技術(shù)、電子技術(shù)、自動控制等領(lǐng)域的基礎(chǔ)。信號與系統(tǒng)的重要性及應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域通信：信號的傳輸、調(diào)制、解調(diào)等。音頻和視頻處理：音頻、視頻信號的壓縮、增強(qiáng)、去噪等。信號與系統(tǒng)的重要性及應(yīng)用領(lǐng)域通過處理輸入信號來控制物理系統(tǒng)的行為。控制系統(tǒng)測量信號的獲取、轉(zhuǎn)換和處理等。儀器儀表生物醫(yī)學(xué)信號的獲取、處理和分析，如心電圖、腦電圖等。生物醫(yī)學(xué)工程如圖像處理、模式識別、人工智能等。其他領(lǐng)域信號與系統(tǒng)的重要性及應(yīng)用領(lǐng)域信號的時(shí)域分析02兩個信號可以相加或相乘，產(chǎn)生新的信號。相加不會改變信號的頻率特性，而相乘會導(dǎo)致頻率成分的變化。信號相加與相乘信號可以在時(shí)間軸上平移，平移不會改變信號的頻率特性，但會改變信號的相位。信號平移通過改變信號的時(shí)間尺度，可以實(shí)現(xiàn)信號的加速或減速。尺度變換會影響信號的頻率特性。信號尺度變換基本信號運(yùn)算卷積積分的計(jì)算通過翻轉(zhuǎn)、平移和積分等步驟來計(jì)算兩個函數(shù)的卷積積分，計(jì)算過程中需要考慮函數(shù)的定義域和值域。定義與性質(zhì)卷積積分是信號與系統(tǒng)分析中一種重要的運(yùn)算，描述了兩個函數(shù)在一定時(shí)間范圍內(nèi)的相互作用。它具有交換性、結(jié)合性和分配性等性質(zhì)。卷積積分的應(yīng)用卷積積分在信號處理、濾波、系統(tǒng)響應(yīng)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，可以用來描述輸入信號經(jīng)過系統(tǒng)后的輸出響應(yīng)。卷積積分定義與計(jì)算01卷積和是離散信號序列的一種運(yùn)算，通過對兩個序列進(jìn)行翻轉(zhuǎn)、平移和求和等操作來計(jì)算卷積和。卷積和與線性時(shí)不變系統(tǒng)02卷積和是線性時(shí)不變系統(tǒng)的重要工具，可以用來描述系統(tǒng)對輸入序列的響應(yīng)。線性時(shí)不變系統(tǒng)的輸出序列可以通過輸入序列與系統(tǒng)沖激響應(yīng)的卷積和來計(jì)算。卷積和的性質(zhì)及應(yīng)用03卷積和具有交換性、結(jié)合性和分配性等性質(zhì)，可以在數(shù)字信號處理、圖像處理、通信等領(lǐng)域中應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)信號的濾波、卷積碼編碼等操作。卷積和信號的頻域分析03傅里葉級數(shù)展開周期信號通過傅里葉級數(shù)展開，得到各次諧波的振幅和相位，進(jìn)而分析信號的頻譜特性。幅度頻譜與相位頻譜通過傅里葉級數(shù)表示，可以得到周期信號的幅度頻譜和相位頻譜，揭示信號在不同頻率下的幅度和相位分布?；ǚ至颗c高次諧波分量周期信號可以分解為基波分量和高次諧波分量的線性組合，各分量頻率是基頻的整數(shù)倍。周期信號的傅里葉級數(shù)表示非周期信號可以通過傅里葉變換表示為頻譜函數(shù)，揭示信號在頻域上的特性。傅里葉變換定義頻譜函數(shù)求解傅里葉變換性質(zhì)通過求解傅里葉變換，可以得到非周期信號的頻譜函數(shù)，包括幅度譜和相位譜。傅里葉變換具有線性、時(shí)移、頻移、調(diào)制等性質(zhì)，便于信號的分析和處理。030201非周期信號的傅里葉變換表示離散傅里葉級數(shù)：離散周期信號可以通過離散傅里葉級數(shù)表示為一系列離散頻率分量的線性組合。離散傅里葉變換：離散非周期信號可以通過離散傅里葉變換進(jìn)行頻域分析，得到信號的離散頻譜?？焖俑道锶~變換：利用快速傅里葉變換算法，可以高效計(jì)算離散信號的傅里葉變換，實(shí)現(xiàn)信號的實(shí)時(shí)分析和處理。以上內(nèi)容涵蓋了信號的頻域分析中的基本概念和方法，包括周期信號的傅里葉級數(shù)表示、非周期信號的傅里葉變換表示以及離散信號的頻域分析等內(nèi)容。這些內(nèi)容對于深入理解信號與系統(tǒng)的基本理論和應(yīng)用具有重要意義。離散信號的頻域分析系統(tǒng)的特性與分析04系統(tǒng)輸出與輸入成正比，滿足疊加原理，即系統(tǒng)對多個輸入的響應(yīng)等于每個輸入單獨(dú)作用時(shí)的響應(yīng)之和。線性特性系統(tǒng)輸出與輸入之間不存在簡單的比例關(guān)系，不滿足疊加原理，通常表現(xiàn)出更復(fù)雜的輸入輸出特性。非線性特性系統(tǒng)的線性與非線性特性系統(tǒng)的特性不隨時(shí)間改變，即輸入信號在時(shí)間上平移后，系統(tǒng)輸出也相應(yīng)地在時(shí)間上平移，而形狀不變。系統(tǒng)的特性隨時(shí)間變化，即系統(tǒng)的響應(yīng)不僅取決于輸入信號的幅度，還與輸入信號的時(shí)間位置有關(guān)。系統(tǒng)的時(shí)不變性與時(shí)變特性時(shí)變特性時(shí)不變性因果性系統(tǒng)的輸出僅與當(dāng)前及以前的輸入有關(guān)，與未來的輸入無關(guān)。即系統(tǒng)不存在預(yù)知未來的能力。穩(wěn)定性系統(tǒng)在受到擾動后，能夠逐漸回到平衡狀態(tài)。穩(wěn)定的系統(tǒng)輸出不會無限增長，而是在一定范圍內(nèi)波動。系統(tǒng)的因果性與穩(wěn)定性分析頻率響應(yīng)系統(tǒng)在不同頻率輸入信號作用下的輸出特性。通過頻率響應(yīng)分析，可以了解系統(tǒng)對不同頻率成分的處理能力。濾波器設(shè)計(jì)根據(jù)特定需求，設(shè)計(jì)具有特定頻率響應(yīng)特性的系統(tǒng)（濾波器）。例如，低通濾波器允許低頻信號通過而濾除高頻噪聲，高通濾波器則相反。系統(tǒng)的頻率響應(yīng)及濾波器設(shè)計(jì)信號與系統(tǒng)在現(xiàn)代通信中的應(yīng)用05通過改變信號的幅度來傳遞信息，如調(diào)幅廣播（AM）。幅度調(diào)制頻率調(diào)制相位調(diào)制解調(diào)技術(shù)通過改變信號的頻率來傳遞信息，如調(diào)頻廣播（FM）。通過改變信號的相位來傳遞信息，常用于數(shù)字通信。將調(diào)制信號還原成原始信號，需要準(zhǔn)確的同步和解調(diào)算法。調(diào)制與解調(diào)技術(shù)03碼分復(fù)用（CDM）通過不同的編碼方式將多路信號復(fù)用到同一通信線路上，常見于擴(kuò)頻通信。01時(shí)分復(fù)用（TDM）將時(shí)間劃分為若干時(shí)隙，每個時(shí)隙傳輸一路信號，實(shí)現(xiàn)多路信號在同一通信線路上傳輸。02頻分復(fù)用（FDM）將頻率劃分為若干子頻帶，每個子頻帶傳輸一路信號，實(shí)現(xiàn)多路信號同時(shí)傳輸。多路復(fù)用技術(shù)通過數(shù)字信號處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)濾波功能，用于去除噪聲、提取有用信號等。數(shù)字濾波器通過編碼技術(shù)提高信號抗干擾能力，保證通信可靠性；解碼則用于還原原始信