第6部分-信号处理初步解析课件

第五章信号处理初步本章学习要求：1.了解数字信号处理系统的组成2.了解信号数字化出现的问题3.掌握采样定理4.掌握相关分析方法第五章信号处理初步本章学习要求：1.了解数字信号处理信号处理的目的：1)分离信、噪，提高信噪比；2)从信号中提取有用的特征信号；3)修正测试系统的某些误差，如传感器的线性误差、温度影响等。测试工作的目的：是获取反映被测对象的状态和特征的信息。但是有用的信号总是和各种噪声混杂在一起的，有时本身也不明显，难以直接识别和利用。只有分离信、噪，并经过必要的处理和分析、清除和修正系统误差之后，才能比较准确地提取测得信号中所含的有用信息。第五章信号处理初步模拟信号处理系统数字信号处理系统方法信号处理的目的：测试工作的目的：是获取反映被测对象模拟信号处理系统：由一系列能实现模拟运算的电路，诸如模拟滤波器、乘法器、微分放大器等环节组成。其中大部分环节在前行课程和前面几章中已有讨论。模拟信号处理也作为数字信号处理的前奏，例如滤波、限幅、隔直、解调等预处理。数字处理之后也常需作模拟显示、记录等。数字信号处理系统：是用数字方法处理信号，它既可在通用计算机上借助程序来实现，也可以用专用信号处理机来完成。数字信号处理机具有稳定、灵活、快速、高效、应用范围广、设备体积小、重量轻等优点，在各行业中得到广泛的应用。第五章信号处理初步模拟信号处理系统：由一系列能实现模拟运算的电路，诸如模拟第一节数字信号处理的基本步骤

信号的预处理是把信号变成适于数字处理的形式，以减轻数字处理的困难。预处理包括:

1)电压幅值调理，以便适宜于采样，总是希望电压峰-峰值足够大，以便充分利用AD转换器的精确度。2)必要的滤波，以提高信噪比，并滤去信号中的高频噪声。

3)隔离信号中的直流分量（如果所测信号中不应有直流分量）。4)如原信号经过调制，则应先行解调。

预处理环节应根据测试对象、信号特点和数字处理设备的能力妥善安排。模-数(A/D)转换是模拟信号经采样、量化并转化为二进制的过程。第五章信号处理初步第一节数字信号处理的基本步骤信号的预处理是把信号变成物理信号对象传感器放大等预处理A

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D转换数字信号显示D

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A转换控制物理信号模拟信号计算机模拟信号模拟信号数字信号处理的基本步骤物理信号对象传感器放大等预处理A/D数字信号显示D/第二节信号数字化出现的问题

1.信号数字化处理过程数字信号处理首先把一个连续变化的模拟信号转化为数字信号，然后由计算机处理，从中提取有关的信息。信号数字化过程包含着一系列步骤，每一步骤都可以引起信号和其蕴含信息的失真。现以计算一个模拟信号的频谱为例来说明有关的问题。第五章信号处理初步第二节信号数字化出现的问题1.信号数字化处理过程信号数字化出现的问题信号数字化出现的问题信号数字化出现的问题信号数字化出现的问题2.时域采样、混叠和采样定理采样是将采样脉冲序列p(t)与信号x(t)相乘，取离散点x(nTs)的值的过程。采样定理

2.时域采样、混叠和采样定理采样是将采样脉冲X(0),X(1),X(2),……,X(n)

采样定理

X(0),X(1),X(2),……,X(n每周期应该有多少采样点？最少2点:采样定理

每周期应该有多少采样点？最少2点:采样定理采样定理

采样定理频域解释采样定理

0t0f0t0ft00fx(t)|X(f)|频域解释采样定理0t0f0t0ft00fx(t)|X采样定理采样定理

为保证采样后信号能真实地保留原始模拟信号信息，信号采样频率必须至少为原信号中最高频率成分的2倍。这是采样的基本法则，称为采样定理。fs＞2fh

采样定理采样定理为保证采样后信

需注意，满足采样定理，只保证不发生频率混叠，而不能保证此时的采样信号能真实地反映原信号x(t)。工程实际中采样频率通常大于信号中最高频率成分的3到5倍。采样定理

需注意，满足采样定理，只保证不发生频率混叠，而频率混叠：

FsFsFsFs频混正常采样定理

频率混叠：FsFsFsFs频混正常采样定理A/D采样前的抗混叠滤波：物理信号对象传感器电信号放大调理电信号A/D转换数字信号展开低通滤波(0~Fs/2)放大采样定理

A/D采样前的抗混叠滤波：物理信号对象传感器电信号放大调理3.量化与量化误差采样―利用采样脉冲序列，从信号中抽取一系列离散值，使之成为采样信号x(nTs)的过程。编码―将经过量化的值变为二进制数字的过程。

量化―把采样信号经过舍入变为只有有限个有效数字的数，这一过程称为量化．A/D转换

量化与量化误差

3.量化与量化误差采样―利用采样脉冲序列，从信号中抽信号的6等分量化过程4位A/D:XXXXX(1)0101X(2)0011X(3)0000X(4)0001X(5)0100……12345678量化与量化误差

信号的6等分量化过程4位A/D:X(1)0101X(模拟信号的输入范围为D—动态工作范围如，0~5V，±5V，0~10V，±10V等。A/D转换器的位数是一定的。一个b位（又称数据字长）的二进制数，共有L=2b个数码。位数越多，量化误差越小，分辨力越高。常用有8位、10位、12位、16位等。以D=5V为例，Dx为若最高位作为符号位，则两相邻量化电平之间的差Dx为量化误差的最大值为±(Dx/2)量化与量化误差

模拟信号的输入范围为D—动态工作范围A/D转换器的位数是2)A/D转换器的技术指标

(3)模拟信号的输入范围;如，5V，+/-5V，10V，+/-10V等。(1)分辨率;

用输出二进制数码的位数表示。位数越多，量化误差越小，分辨力越高。常用有8位、10位、12位、16位等。(2)转换速度;指完成一次转换所用的时间，如:1ms(1KHz)；10us(100kHz)量化与量化误差

2)A/D转换器的技术指标(3)模拟信号的输入范围第三节相关分析及其应用一、两个随机变量的相关系数通常，两个变量之间若存在一一对应的确定关系，则称两者存在着函数关系。当两个随机变量之间具有某种关系时，随着某一个变量数值的确定，另一变量却可能取许多不同值，但取值有一定的概率统计规律，这时称两个随机变量存在着相关关系。变量x和y之间的相关程度常用相关系数表示第五章信号处理初步第三节相关分析及其应用一、两个随机变量的相关系数下图分别表示了x、y两变量间的各种关系情况。理想的线性相关相关分析下图分别表示了x、y两变量间的各种关系情况。理想的线性相关相对各态历经随机信号及功率信号可定义：自相关函数自相关系数相关分析周期信号对各态历经随机信号及功率信号可定义：自相关函数自相关系数相关自相关函数有如下性质：4）自相关函数是偶函数1）取值范围2）当t=0

时，自相关函数具有最大值（=均方值）。3）当t足够大或t→时，随机变量x(t)和x(t+t)之间不存在内在联系，彼此无关，即5）周期信号的自相关函数仍然是同频率的周期信号，其幅值与原信号有关，但丢失了原信号的相位信息。相关分析自相关函数有如下性质：4）自相关函数是偶函数1）取值范围2）相关分析相关分析例5-1求正弦函数的自相关函数周期信号定义式相关分析例5-1求正弦函数的自相关函数周期信号定义式相关分析三、信号的互相关函数两个各态历经随机信号x(t)和y(t)可定义：互相关函数周期信号相关分析三、信号的互相关函数两个各态历经随机信号x(t)和y(如果x(t)和y(t)两信号是同频率的周期信号或者包含有同频率的周期成分，那么，即使t→，互相关函数也不收敛并会出现该频率的周期成分。如果两信号含有频率不等的周期成分，则两者不相关。这就是说，同频率相关，不同频不相关。相关分析如果x(t)和y(t)两信号是同频率的周期信号或者例5-2相关分析例5-2相关分析第五章信号处理初步本章学习要求：1.了解数字信号处理系统的组成2.了解信号数字化出现的问题3.掌握采样定理4.掌握相关分析方法第五章信号处理初步本章学习要求：1.了解数字信号处理信号处理的目的：1)分离信、噪，提高信噪比；2)从信号中提取有用的特征信号；3)修正测试系统的某些误差，如传感器的线性误差、温度影响等。测试工作的目的：是获取反映被测对象的状态和特征的信息。但是有用的信号总是和各种噪声混杂在一起的，有时本身也不明显，难以直接识别和利用。只有分离信、噪，并经过必要的处理和分析、清除和修正系统误差之后，才能比较准确地提取测得信号中所含的有用信息。第五章信号处理初步模拟信号处理系统数字信号处理系统方法信号处理的目的：测试工作的目的：是获取反映被测对象模拟信号处理系统：由一系列能实现模拟运算的电路，诸如模拟滤波器、乘法器、微分放大器等环节组成。其中大部分环节在前行课程和前面几章中已有讨论。模拟信号处理也作为数字信号处理的前奏，例如滤波、限幅、隔直、解调等预处理。数字处理之后也常需作模拟显示、记录等。数字信号处理系统：是用数字方法处理信号，它既可在通用计算机上借助程序来实现，也可以用专用信号处理机来完成。数字信号处理机具有稳定、灵活、快速、高效、应用范围广、设备体积小、重量轻等优点，在各行业中得到广泛的应用。第五章信号处理初步模拟信号处理系统：由一系列能实现模拟运算的电路，诸如模拟第一节数字信号处理的基本步骤

信号的预处理是把信号变成适于数字处理的形式，以减轻数字处理的困难。预处理包括:

1)电压幅值调理，以便适宜于采样，总是希望电压峰-峰值足够大，以便充分利用AD转换器的精确度。2)必要的滤波，以提高信噪比，并滤去信号中的高频噪声。

3)隔离信号中的直流分量（如果所测信号中不应有直流分量）。4)如原信号经过调制，则应先行解调。

预处理环节应根据测试对象、信号特点和数字处理设备的能力妥善安排。模-数(A/D)转换是模拟信号经采样、量化并转化为二进制的过程。第五章信号处理初步第一节数字信号处理的基本步骤信号的预处理是把信号变成物理信号对象传感器放大等预处理A

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D转换数字信号显示D

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A转换控制物理信号模拟信号计算机模拟信号模拟信号数字信号处理的基本步骤物理信号对象传感器放大等预处理A/D数字信号显示D/第二节信号数字化出现的问题

1.信号数字化处理过程数字信号处理首先把一个连续变化的模拟信号转化为数字信号，然后由计算机处理，从中提取有关的信息。信号数字化过程包含着一系列步骤，每一步骤都可以引起信号和其蕴含信息的失真。现以计算一个模拟信号的频谱为例来说明有关的问题。第五章信号处理初步第二节信号数字化出现的问题1.信号数字化处理过程信号数字化出现的问题信号数字化出现的问题信号数字化出现的问题信号数字化出现的问题2.时域采样、混叠和采样定理采样是将采样脉冲序列p(t)与信号x(t)相乘，取离散点x(nTs)的值的过程。采样定理

2.时域采样、混叠和采样定理采样是将采样脉冲X(0),X(1),X(2),……,X(n)

采样定理

X(0),X(1),X(2),……,X(n每周期应该有多少采样点？最少2点:采样定理

每周期应该有多少采样点？最少2点:采样定理采样定理

采样定理频域解释采样定理

0t0f0t0ft00fx(t)|X(f)|频域解释采样定理0t0f0t0ft00fx(t)|X采样定理采样定理

为保证采样后信号能真实地保留原始模拟信号信息，信号采样频率必须至少为原信号中最高频率成分的2倍。这是采样的基本法则，称为采样定理。fs＞2fh

采样定理采样定理为保证采样后信

需注意，满足采样定理，只保证不发生频率混叠，而不能保证此时的采样信号能真实地反映原信号x(t)。工程实际中采样频率通常大于信号中最高频率成分的3到5倍。采样定理

需注意，满足采样定理，只保证不发生频率混叠，而频率混叠：

FsFsFsFs频混正常采样定理

频率混叠：FsFsFsFs频混正常采样定理A/D采样前的抗混叠滤波：物理信号对象传感器电信号放大调理电信号A/D转换数字信号展开低通滤波(0~Fs/2)放大采样定理

A/D采样前的抗混叠滤波：物理信号对象传感器电信号放大调理3.量化与量化误差采样―利用采样脉冲序列，从信号中抽取一系列离散值，使之成为采样信号x(nTs)的过程。编码―将经过量化的值变为二进制数字的过程。

量化―把采样信号经过舍入变为只有有限个有效数字的数，这一过程称为量化．A/D转换

量化与量化误差

3.量化与量化误差采样―利用采样脉冲序列，从信号中抽信号的6等分量化过程4位A/D:XXXXX(1)0101X(2)0011X(3)0000X(4)0001X(5)0100……12345678量化与量化误差

信号的6等分量化过程4位A/D:X(1)0101X(模拟信号的输入范围为D—动态工作范围如，0~5V，±5V，0~10V，±10V等。A/D转换器的位数是一定的。一个b位（又称数据字长）的二进制数，共有L=2b个数码。位数越多，量化误差越小，分辨力越高。常用有8位、10位、12位、16位等。以D=5V为例，Dx为若最高位作为符号位，则两相邻量化电平之间的差Dx为量化误差的最大值为±(Dx/2)量化与量化误差

模拟信号的输入范围为D—动态工作范围A/D转换器的位数是2)A/D转换器的技术指标

(3)模拟信号的输入范围;如，5V，+/-5V，10V，+/-10V等。(1)分辨率;

用输出二进制数码的位数表示。位数越多，量化误差越小，分辨力越高。常用有8位、10位、12位、16位等。(2)转换速度;指完成一次转换所用的时间，如:1ms(1KHz)；10us(100kHz)量化与量化误差

2)A/D转换器的技术指标(3)模拟信号的输入范围第三节相关分析及其应用一、两个随机变量的相关系数通常，两个变量之间若存在一一对应的确定关系，则称两者存在着函数关系。当两个随机变量之间具有某种关系时，随着某一个变量数值的确定，另一变量却可能取许多不同值，但取值有一定的概率统计规律，这时称两个随机变量存在着相关关系。变量