信號(hào)和信號(hào)處理的基本概念.ppt

1、1.1信號(hào)的基本概念1.2信號(hào)的分類1.3信號(hào)的采集1.4信號(hào)的描述1.5工程信號(hào)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(hào)和信號(hào)處理的基本概念，1。測(cè)試、信息和信號(hào)測(cè)試：具有實(shí)驗(yàn)性質(zhì)的測(cè)量測(cè)試：用于探索和理解未知事物的過程測(cè)量：用于確定被測(cè)對(duì)象大小的實(shí)驗(yàn)過程信息：信息、智能或知識(shí)、事物的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或模式信號(hào)：傳輸信息的載體通過信號(hào)傳播獲得知識(shí)，1.1信號(hào)的基本概念，信號(hào)：傳輸物理系統(tǒng)的狀態(tài)或信息的功能隨時(shí)間和空間而變化。一維、二維、多維單值和多值電信號(hào)一般指隨時(shí)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(hào)是非電物理量，如聲波、機(jī)械振動(dòng)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(hào)進(jìn)行傳輸和處理。特征：?jiǎn)沃?、一維、時(shí)間函數(shù)、動(dòng)態(tài)(與頻率相關(guān)、非常數(shù)值)；2.信號(hào)測(cè)試和處理系統(tǒng)的一般組成部分是傳感器、信號(hào)調(diào)理、記錄和存儲(chǔ)、信號(hào)處理、顯示和打印輸出。動(dòng)態(tài)信號(hào)分析的發(fā)展動(dòng)態(tài)信號(hào)分析的三個(gè)發(fā)展階段時(shí)域分析-頻域分析-信號(hào)處理方法的改進(jìn)和新信號(hào)處理方法的發(fā)展頻譜校正理論時(shí)頻分析的各種分析方法多參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)的發(fā)展計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試分析系統(tǒng)的廣泛發(fā)展和應(yīng)用，信號(hào)分析和處理的三個(gè)階段，時(shí)域分析，頻域分析，時(shí)頻分析，單頻諧波信號(hào)分析，自由衰減振動(dòng)信號(hào)分析， 兩個(gè)諧波信號(hào)疊加分析、多自由度衰減振動(dòng)信號(hào)分析、單頻調(diào)幅信號(hào)的STFT、單頻調(diào)幅信號(hào)的維格納-維爾

3、分布、BACK、動(dòng)態(tài)信號(hào)和靜態(tài)信號(hào)確定性信號(hào)和隨機(jī)信號(hào)、能量信號(hào)和功率信號(hào)模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)、1.2信號(hào)分類、動(dòng)態(tài)信號(hào)和靜態(tài)信號(hào)、動(dòng)態(tài)信號(hào)：隨時(shí)間變化的信號(hào)。 動(dòng)態(tài)信號(hào)通常涉及頻率、振幅和相位等因素，可分為確定性信號(hào)和隨機(jī)信號(hào)。靜態(tài)信號(hào)：不隨時(shí)間變化的信號(hào)。靜態(tài)信號(hào)通常是一個(gè)恒定值。有時(shí)，我們稱之為隨時(shí)間緩慢變化的信號(hào)(如溫度、壓力等)。)準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)信號(hào)，并且準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)信號(hào)的頻率非常低。確定性信號(hào)和隨機(jī)信號(hào)、動(dòng)態(tài)信號(hào)分類、確定性信號(hào)、隨機(jī)信號(hào)、周期信號(hào)、非周期信號(hào)、非平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào)、平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào)、準(zhǔn)周期信號(hào)、瞬態(tài)信號(hào)、遍歷信號(hào)、非遍歷信號(hào)、確定性信號(hào)、if信號(hào)。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(hào)可以分為周期性信號(hào)和非周期性信號(hào)?？梢栽谝欢〞r(shí)間后重復(fù)的周期信號(hào)包括具有單一頻率的簡(jiǎn)單諧波信號(hào)和復(fù)雜周期信號(hào)。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(dòng)和齒輪嚙合引起的振動(dòng)通常是一種周期性振動(dòng)。周期信號(hào)、單頻周期信號(hào)曲線、多頻周期信號(hào)曲線、非周期信號(hào)和非周期信號(hào)不具有時(shí)間周期特征。當(dāng)t趨于無窮大時(shí)，周期信號(hào)變成非周期信號(hào)。非周期信號(hào)分為準(zhǔn)周期信號(hào)和瞬態(tài)非周期信號(hào)。準(zhǔn)周期信號(hào)：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(hào)混合產(chǎn)生的信號(hào)。有時(shí)人們把有規(guī)律的沖擊衰減但沒有嚴(yán)格相等的信號(hào)稱為準(zhǔn)周期信號(hào)。例如，在機(jī)械系統(tǒng)中，由齒輪的斷齒、滾動(dòng)軸承的疲勞剝落引起的振

5、動(dòng)信號(hào)，以及在澆筑大型橋梁的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)用于增加密實(shí)度的多個(gè)振動(dòng)激勵(lì)器的不同步引起的振動(dòng)信號(hào)都是這樣的信號(hào)。瞬時(shí)信號(hào)、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(hào)；機(jī)械振動(dòng)中由沖擊引起的自由衰減信號(hào)都是瞬態(tài)信號(hào)。旋轉(zhuǎn)機(jī)械的加速和減速以及機(jī)床的喘振等信號(hào)也是瞬態(tài)信號(hào)。隨機(jī)信號(hào)：不能用精確的數(shù)學(xué)表達(dá)式來描述的信號(hào)，t在任何時(shí)候的振幅、頻率和相位都不能預(yù)先預(yù)測(cè)。隨機(jī)信號(hào)包括平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào)和非平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào)。平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào)是指在任何時(shí)刻t的幅度、頻率和相位都是事先不可預(yù)測(cè)的，但具有統(tǒng)計(jì)規(guī)律并可以用統(tǒng)計(jì)規(guī)律進(jìn)行分析的信號(hào)。非平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào)沒有統(tǒng)計(jì)特征。如果任何時(shí)間樣本的統(tǒng)計(jì)特征能代表整

6、個(gè)時(shí)間歷史，那么這種信號(hào)就是一個(gè)具有各種狀態(tài)的隨機(jī)信號(hào)。任何時(shí)間樣本的統(tǒng)計(jì)特征都不能代表整個(gè)隨機(jī)過程的統(tǒng)計(jì)特征，這是一個(gè)非遍歷信號(hào)。能量信號(hào)：在分析區(qū)間(-，)，能量有限的信號(hào)稱為能量信號(hào)。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(hào)，能量信號(hào)和功率信號(hào)在區(qū)間(0)內(nèi)，功率信號(hào)：能量在分析區(qū)間(-，)內(nèi)不是有限的，但信號(hào)具有無限的能量。在這種情況下，研究信號(hào)的平均功率更有意義。功率信號(hào)滿足以下條件：在間隔(t1，t2)中，信號(hào)的平均功率為0。顯然，能量信號(hào)具有零平均功率，而功率信號(hào)具有無限能量。模擬信號(hào)：在連續(xù)時(shí)間范圍內(nèi)定義的信號(hào)，信號(hào)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(shí)間和連續(xù)幅度的信號(hào)稱為模擬信號(hào)。數(shù)學(xué)上，這種信號(hào)表示為連續(xù)變量的函數(shù)，也稱為連續(xù)時(shí)間信號(hào)。數(shù)字信號(hào)：時(shí)間和幅度上的量化信號(hào)。數(shù)字信號(hào)總是可以用一系列數(shù)字來表示，每個(gè)數(shù)字都用一個(gè)有限的數(shù)字來表示。離散時(shí)間信號(hào)是一種典型的數(shù)字信號(hào)。信號(hào)拾取系統(tǒng)應(yīng)特別注意以下兩個(gè)問題：1 .拾取的信號(hào)沒有失真：這是確保信號(hào)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(hào)的幅度在指定的頻率范圍內(nèi)具有合適的動(dòng)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(huì)因測(cè)試系統(tǒng)而改變，并且與原始信號(hào)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(hào)作為最終形

8、式，這有利于后續(xù)的信號(hào)處理。1.3信號(hào)采集、信號(hào)采集和處理流程框圖、觀測(cè)和測(cè)量對(duì)象、傳感器和二次儀表、監(jiān)控儀表、錄音機(jī)、信號(hào)分析儀、計(jì)算機(jī)、打印機(jī)x-y記錄儀、A/D、1.4信號(hào)描述、信號(hào)時(shí)域描述：信號(hào)以時(shí)間為自變量，信號(hào)的頻率成分無法清晰揭示。周期方波的時(shí)域描述，BACK，信號(hào)的頻域描述：信號(hào)由每個(gè)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(jí)數(shù)展開：周期方波的描述，信號(hào)在時(shí)頻域的描述：對(duì)于頻率變化的瞬態(tài)信號(hào)，由不同時(shí)間的頻譜組成三維譜圖來描述信號(hào)。1.5工程信號(hào)處理系統(tǒng)的基本組成和功能，信號(hào)預(yù)處理，信號(hào)采集，數(shù)字信號(hào)處理器，顯示記錄，信號(hào)，X(t)，數(shù)據(jù)，信息，工程信號(hào)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(hào)處理之前用模擬方法對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，目的是將信號(hào)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(hào)預(yù)處理、采樣保持電路時(shí)基信號(hào)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(dú)立的中央處理器和存儲(chǔ)器；3.數(shù)字信號(hào)處理器是整個(gè)系統(tǒng)的核心，完成各種分析和計(jì)算。4.打印顯示結(jié)果。2。信號(hào)采集：將預(yù)處理后的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，其核心是模數(shù)轉(zhuǎn)換器，它還包括以下幾個(gè)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(duì)信號(hào)分析和信號(hào)

10、通過線性系統(tǒng)和內(nèi)容進(jìn)行處理，將信號(hào)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(gè)具有特定功能的整體，由幾個(gè)相互作用、相互依存的事物組成，稱為一個(gè)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(shí)間系統(tǒng)和離散時(shí)間系統(tǒng)，線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)，時(shí)變系統(tǒng)和非時(shí)變系統(tǒng)，連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)和離散時(shí)間系統(tǒng)，連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)：輸入和輸出都是連續(xù)時(shí)間信號(hào)，數(shù)學(xué)模型可以用微分方程表示。離散時(shí)間系統(tǒng)：輸入和輸出為離散時(shí)間信號(hào)，數(shù)學(xué)模型可用差分方程表示。本質(zhì)上，所有實(shí)際的物理系統(tǒng)都是連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)，但是當(dāng)使用計(jì)算機(jī)來解決系統(tǒng)問題和處理分析信號(hào)時(shí)，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(shí)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(jiǎn)單諧波，輸出必須是相同頻率的簡(jiǎn)單諧波信號(hào)。已證明：y(。相反，如果系統(tǒng)參數(shù)隨時(shí)間變化，它就是一個(gè)時(shí)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(shí)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(shí)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(gè)獨(dú)立的一輸入n輸出的微分方程。根據(jù)上述原理，對(duì)方程的左右兩邊同時(shí)進(jìn)行傅里葉變換，變成n個(gè)線性方程，一個(gè)輸入傅里葉變換，n個(gè)輸出傅里葉變換，去掉中間