长江大学PPT信号与系统1-1

1、精品课程网站1教材：金波张正炳编者信号与系统分析高教出版社第第1章章 信号信号与与系统的概念系统的概念u 信号的概念信号的概念u 基本连续信号基本连续信号, 冲激信号冲激信号u 信号的运算信号的运算, 信号的时域分解信号的时域分解u 系统的概念系统的概念电信学院电信学院电信学院电信学院精品课程网站 引引 言言l 信号与系统信号与系统是电类相关专业的学生必须学习的专业理论基础课程是电类相关专业的学生必须学习的专业理论基础课程之一。之一。l 信号与系统信号与系统研究的内容研究的内容:u什么是信号什么是信号?信号的特征信号的特征?u什么是系统什么是系统?系统的特征系统的特征?u信号作用于系统产生什么

2、响应？信号作用于系统产生什么响应？信号与系统的时域分析信号与系统的时域分析连续系统的拉普拉斯变换分析连续系统的拉普拉斯变换分析离散系统的离散系统的z变换分析变换分析信号的傅里叶分析信号的傅里叶分析l 概括概括u一个信号一个信号: 确定性信号确定性信号u二个系统二个系统: 连续系统和离散系统连续系统和离散系统u三大变换三大变换: 傅里叶变换，拉普拉斯变换，傅里叶变换，拉普拉斯变换，z变换变换u四域分析：时域分析，频域分析，四域分析：时域分析，频域分析，S域分析，域分析，Z域分析域分析2电信学院电信学院电信学院电信学院精品课程网站信号作用于系统产生响应举例l 心电图机3心电图机心脏跳动心电图波形电

3、信学院电信学院电信学院电信学院精品课程网站应用举例应用举例l 电力系统谐波分析4电弧炉大型f50250幅度电网频谱分析 电信学院电信学院电信学院电信学院精品课程网站应用举例应用举例l 故障诊断电动机鼠笼断条5鼠笼断裂鼠笼断裂电机转子电机转子的鼠笼的鼠笼45 49 50 f电动机频谱分析泄露电信学院电信学院电信学院电信学院精品课程网站应用举例应用举例l 生物医学信号处理生物医学信号处理6滤波以前干扰严重滤波以前干扰严重滤波以后干扰祛除滤波以后干扰祛除电信学院电信学院电信学院电信学院精品课程网站应用举例应用举例l 雷达测距系统雷达测距系统 7电信学院电信学院电信学院电信学院精品课程网站应用举例应用

4、举例l 无线话筒设备与原理图8 电信学院电信学院电信学院电信学院精品课程网站应用举例应用举例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控制方框图控制方框图电信学院电信学院电信学院电信学院精品课程网站应用举例应用举例l 地震勘探系统中的应用 10 电信学院电信学院电信学院电信学院精品课程网站应用举例应用举例l 数字梳状滤波器使混合视频信号亮度和色度数字梳状滤波器使混合视频信号亮度和色度/彩度彩度两方面的信号进行分离处理两方面的信号进行分离处理 11 (a)普通梳状滤波器普通梳状滤波器 (b)数字梳状滤波器数字梳状滤波器, (c)3D数字数字梳

5、状滤波器梳状滤波器,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/斜线分辨率斜线分辨率电信学院电信学院电信学院电信学院精品课程网站1.1 信号的概念信号的概念l 信号信号u信号与信息：信号与信息：信号代表着信息，一般而言，信号不能直接表达所需的信信号代表着信息，一般而言，信号不能直接表达所需的信息息, , 一般要将原始信号（气压、温度、机械位移、速度等）一般要将原始信号（气压、温度、机械位移、速度等）转换为电信号。信号中包含了信息。转换为电信号。信号中包含了信息。u信号的描述方式主要有两种：信号的描述方式主要有两种：一种是数学函数的表达形式；一种是数学函数的表达形式；另一

6、种是图形表达形式，即某种形式的变化波形。另一种是图形表达形式，即某种形式的变化波形。u信号的特征：信号的特征：时间特性是信号表现出一定波形的时间特性，如出现时间时间特性是信号表现出一定波形的时间特性，如出现时间的先后、持续时间的长短、重复周期的大小及随时间变化的先后、持续时间的长短、重复周期的大小及随时间变化的快慢等。的快慢等。频率特性是任意信号在一定条件下总可以分解为许多不同频率特性是任意信号在一定条件下总可以分解为许多不同频率的正弦分量，即具有一定的频率成分。信号的频谱分频率的正弦分量，即具有一定的频率成分。信号的频谱分析就是研究信号的频率特性。析就是研究信号的频率特性。1212电信学院电

7、信学院电信学院电信学院精品课程网站1.1 信号的概念信号的概念l 信号的分类信号的分类u确定信号与随机信号确定信号与随机信号本课程研究确定信号本课程研究确定信号u连续信号与离散信号连续信号与离散信号本课程先讲授连续信号与系统本课程先讲授连续信号与系统, ,后讲授离散信号后讲授离散信号和系统和系统u周期信号与非周期信号周期信号与非周期信号两类信号都讨论两类信号都讨论u能量信号与功率信号能量信号与功率信号两类信号都讨论两类信号都讨论1313电信学院电信学院电信学院电信学院精品课程网站信号分类信号分类 确定信号与随机信号确定信号与随机信号1414确定信号指一个可以表示为确定的时间函数的信号，即对确定

8、信号指一个可以表示为确定的时间函数的信号，即对于某一时刻，信号有确定的值。随机信号则不同，它不是于某一时刻，信号有确定的值。随机信号则不同，它不是一个确定的时间函数，通常只知道它取某一值的概率。一个确定的时间函数，通常只知道它取某一值的概率。 ttt)(tf0001tt)(tft)(tf电信学院电信学院电信学院电信学院精品课程网站信号分类信号分类连续信号与离散信号连续信号与离散信号1515连续信号指在所讨论的时间内，对任意时刻值除若干连续信号指在所讨论的时间内，对任意时刻值除若干个不连续点外都有定义的信号。个不连续点外都有定义的信号。 离散信号是指只在某些不连续规定的时刻有定义，而离散信号是指

9、只在某些不连续规定的时刻有定义，而在其他时刻没有定义的信号。在其他时刻没有定义的信号。t)(tft)(tft)(tft)(tf电信学院电信学院电信学院电信学院精品课程网站信号分类信号分类周期信号与非周期信号周期信号与非周期信号1616周期信号是指一个每隔一定时间周期信号是指一个每隔一定时间T T，周而复始且无始无周而复始且无始无终的信号。终的信号。( (在较长时间内重复变化在较长时间内重复变化) ) 非周期信号在时间上不具有周而复始的特性。非周期信号在时间上不具有周而复始的特性。t)(tfTt)(tfTt)(tf电信学院电信学院电信学院电信学院精品课程网站信号分类信号分类 能量信号与功率信号能

10、量信号与功率信号l能量信号和功率信号的定义能量信号和功率信号的定义u信号可看作是随时间变化的电压或电流，信号信号可看作是随时间变化的电压或电流，信号 f (t)在欧姆的电阻上的瞬时功率为在欧姆的电阻上的瞬时功率为| f (t)|，在时间区，在时间区间所消耗的总能量和平均功率分别定义为：间所消耗的总能量和平均功率分别定义为： u能量信号：信号总能量为有限值而信号平均功率为能量信号：信号总能量为有限值而信号平均功率为零。零。u功率信号：平均功率为有限值而信号总能量为无限功率信号：平均功率为有限值而信号总能量为无限大。大。1717t dtfETTT2)(lim总能量tdtfTPTTT2)(21lim

11、平均功率电信学院电信学院电信学院电信学院精品课程网站信号分类信号分类 能量信号与功率信号能量信号与功率信号l 特点特点u信号信号 f (t)可以是一个既非功率信号，又非能量信号，可以是一个既非功率信号，又非能量信号，如单位斜坡信号。如单位斜坡信号。u但一个信号不可能同时既是功率信号，又是能量信但一个信号不可能同时既是功率信号，又是能量信号。号。u周期信号都是功率信号；周期信号都是功率信号；u除了具有无限能量及无限功率的信号外，非周期信除了具有无限能量及无限功率的信号外，非周期信号或者是能量信号号或者是能量信号 t, f (t)=0, 或者是功率或者是功率信号信号 t, f (t)0。1818电

12、信学院电信学院电信学院电信学院精品课程网站例例1.2 能量信号与功率信号的判别？能量信号与功率信号的判别？1919判断信号判断信号 ， 是否为能量信号或功率信号。是否为能量信号或功率信号。tetf21)()()10cos(5)(2tttfJ212)(lim004044221TTttttTdtedtedtedteEW25. 622251lim)20cos(1 2251lim)10(cos251lim202022TTdttTdttTPTTTTT解：解：2225lim)20cos(1 225lim)10(cos25lim202022TdttdttETTTTT01P所以所以 为能量信号为能量信号, ,

13、 为功率信号。为功率信号。)(1tf)(2tf电信学院电信学院电信学院电信学院精品课程网站三种有用的脉冲波形的信号能量三种有用的脉冲波形的信号能量 2020Ab矩形脉冲bAE2Ab半周正弦波2/2bAE Ab三角脉冲3/2bAE 电信学院电信学院电信学院电信学院精品课程网站例例1.3 求下列周期信号的功率。求下列周期信号的功率。2121TAbAbAE22231)(3131周期锯齿波的功率：周期锯齿波的功率：T T= = b b + + b b =10s=10s，一个周期的能量为：，一个周期的能量为： 31312ATEPW信号的功率为信号的功率为电信学院电信学院电信学院电信学院精品课程网站例例1

14、.3 求下列周期信号的功率。求下列周期信号的功率。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，一个周期的能量为：，一个周期的能量为： 81621212ATEPW信号的功率为信号的功率为电信学院电信学院电信学院电信学院精品课程网站几种具体信号的定义几种具体信号的定义2323因果信号t0右边信号t0左边信号t0时限信号无时限信号t0t0反因果信号t0是左边信号的特殊情况是左边信号的特殊情况是右边信号的特殊情况是右边信号的特殊情况电信学院电信学院电信学院电信学院1.2 基本连续信号基本连续信号l 单位阶跃函数单位阶跃函数 24242)(tt

15、201)(tt01)(lim)(0tt00t01tf(t), f(t)0时, f(t) =1； f(t)0时， f(t) =0。 ) 12( t5 . 00t5 . 01t) 12(t1t05 . 0电信学院电信学院电信学院电信学院精品课程网站1.2 基本连续信号基本连续信号l 门函数门函数 2525其它05 . 0|1)(ttG)(tG10t22)5 . 0()5 . 0()(tttG或写为或写为门宽为门宽为 电信学院电信学院电信学院电信学院精品课程网站1.2 基本连续信号基本连续信号l 单位斜坡函数单位斜坡函数 2626tdtttttr0)()()(dttdrt)()(l 三角脉冲函数三角

16、脉冲函数 其它0|1)(tttQ)(tQ10t)(tr10t1电信学院电信学院电信学院电信学院精品课程网站1.2 基本连续信号基本连续信号l 符号函数符号函数 27270101)(tttSgn)(tSgn10t1符号函数与阶跃函数的关系为符号函数与阶跃函数的关系为 )()()(21)(ttttSgn 1)( 5 . 0)(tSgnt电信学院电信学院电信学院电信学院精品课程网站 f (t) (t)的意义的意义28280tt0)(tf)(t)(0tt t0)()(ttf0t)()(00ttttft0)()(ttf0t)()(00ttttf0tt0)(tf)()(0tttf (t)乘门函数，乘门函数

17、，只保留门内的值只保留门内的值将将f (t) (t)向右移向右移将将f (t) (t)向左移向左移电信学院电信学院电信学院电信学院精品课程网站延迟的阶跃函数延迟的阶跃函数2929延迟的阶跃函数定义为：延迟的阶跃函数定义为：00010)(tttttt用阶跃函数可以表示方波或分段常量波形：用阶跃函数可以表示方波或分段常量波形：)(0tt 1t00tuKt00t1tuKt00t1tK)()()()(1010ttttKttKttKu这就是一个门函数这就是一个门函数( (方波方波) )的表达式。的表达式。用这种门函数可表示用这种门函数可表示其它一些函数其它一些函数电信学院电信学院电信学院电信学院精品课程

18、网站例例1.5 延迟的阶跃函数延迟的阶跃函数3030u1t013)2(5 . 0) 1(5 . 1)(tttii1t021-12i1t05 . 1-125 . 0u1t013也可以用门函数的方法求也可以用门函数的方法求：)2(5 . 0) 1(5 . 1)()2() 1( 5 . 0)1()(ttttttti)3() 1() 1()(tttttu也可以用门函数的方法求也可以用门函数的方法求)3() 1() 1()()3() 1()1()(ttttttttttu电信学院电信学院电信学院电信学院精品课程网站补充例题补充例题3131绘出下列各时间函数的波形，注意它们的区别：绘出下列各时间函数的波形，注意它们的区别：)1()(ttt) 1( tt110t110t) 1()1()(tttt10t) 1() 1(tt110ttf (t)乘门函数，乘门函数，只保留门内的值只保留门内的值使使 t 00为指数增长的正弦信号，为指数增长的正弦信号， 0 Ea=int(t*exp(-t)2,0,inf)Ea =1/4 Eb=int(exp(t)2,0,1) Eb