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文档简介
第一章基本概念
§1.0信号与系统信号(signal)系统(system)信号理论与系统理论1信号(Signal)消息(Message):一般将语音、图像和数据称为消息。信号(Signal):消息(如语音、图像、数据等)的载体为随时间(和空间)变化的物理量。信号是单个或多个独立变量的函数。电信号是应用最广泛的物理量,如电压、电流等。信息(Information):消息的量度,一般指消息中有意义的内容,将在后续课程中研究。2系统(System)系统(system):由若干相互作用和相互依赖的事物组合而成的,具有特定功能的整体。如通信系统、控制系统、经济系统、生态系统等。系统可以看作是变换器、处理器。电系统具有特殊的重要地位,某个电路的输入、输出是完成某种功能,如微分、积分、放大,也可以称系统。在电子技术领域中,“系统”、“电路”、“网络”三个名词在一般情况下可以通用。3信号理论与系统理论信号理论
系统理论
信号分析:研究信号的基本性能,如信号的描述、性质等。信号传输信号处理系统分析:给定系统,研究系统对于输入激励所产生的输出响应。系统综合:按照给定的需求设计(综合)系统。重点讨论信号的分析、系统的分析,分析是综合的基础。
4通信系统:为传送消息而装设的全套技术设备(包括传输信道)。信号与系统的描述
5§1.1信号的描述和分类信号的描述信号的分类6一、信号的描述描述方法:(1)数学表达式(2)波形图(3)频谱图(4)测量与统计数据注意:信号与函数两名词通用。7二、信号的分类信号的分类方法很多,可以从不同的角度对信号进行分类。按实际用途划分:电视信号雷达信号控制信号通信信号广播信号……按所具有的时间特性划分8确定信号和随机信号对于指定的某一时刻t,可确定一相应的函数值f(t)。若干不连续点除外。确定信号随机信号伪随机信号貌似随机而遵循严格规律产生的信号(伪随机码)。具有不可预知的不确定性。9周期信号和非周期信号依一定时间间隔周而复始,且是无始无终的信号。在时间上不具有周而复始的特性。一维信号和多维信号一维信号:
只由一个自变量描述的信号,如语音信号。多维信号:
由多个自变量描述的信号,如图像信号。10连续时间信号:在所讨论的时间间隔内,除若干不连续点之外,对于任意时间值都可以给出确定的函数值。(模拟信号)离散时间信号:在时间上是离散的,只在某些不连续的规定瞬时给出函数值,在其他时间没有定义。连续时间信号与离散时间信号11模拟信号、抽样信号、数字信号数字信号:时间和幅值均为离散的信号。主要讨论确定性信号。先连续,后离散;先周期,后非周期。模拟信号:时间和幅值均为连续的信号。抽样信号:时间离散的,幅值连续的信号。量化抽样12§1.3信号的运算信号相加或相乘平移、翻转与展缩微分和积分13两信号相加或相乘141.平移将f(t)表达式的自变量t更换为(t+t0)(t0为正常数),则f(t+t0)相当于f(t)波形在t轴上的整体移动。平移、翻转与展缩其中-t0
右移(滞后)+t0左移(超前)150tf(t)f(t-t1)0tt1(t1>0)0t-t2(t2>0)f(t+t2)例如右移左移16
将f(t)的自变量t更换为-t,此时f(-t)的波形相当于将f(t)以纵坐标轴翻转过来。1-110tf(t)1-110tf(-t)2.
翻转17
将信号f(t)的自变量t乘以正实系数a,则f(at)称为波形f(t)的展缩。
其中
a>1压缩
a<1扩展t0f(t)1-1t0f(2t)-1/21/2t0-22f(t/2)3.展缩184.一般情况先展缩:
a>1,压缩a倍;a<1,扩展1/a倍
后平移:
+,左移b/a单位;-,右移b/a单位
加上翻转:
注意!一切变换都是相对t而言19例题解:验证:已知f(t),求f(3t+5)。t
3t+5
函数值t=-13t+5=-1,t=-21t=03t+5=0,t=-5/31t=13t+5=1,t=-4/30计算特殊点平移展缩展缩平移20例已知信号f(t),试画出f(-3t-2)f(t)t01-2-1f(t-2)t0123f(3t-2)t02/31111f(-3t-2)t0-2/3-11右移压缩翻转21微分和积分1.微分信号f(t)对t取导数,即2.积分
对信号f(t)区间内的定积分,表达式为在22t
f(t)10452t
14502f(t)1t00tt0t0例23
函数本身有不连续点(跳变点)或其导数与积分有不连续点的一类函数统称为奇异信号或奇异函数。主要内容:单位阶跃信号单位冲激信号冲激偶信号§1.4阶跃信号和冲激信号241.什么是传统机械按键设计?传统的机械按键设计是需要手动按压按键触动PCBA上的开关按键来实现功能的一种设计方式。传统机械按键设计要点:1.合理的选择按键的类型,尽量选择平头类的按键,以防按键下陷。2.开关按键和塑胶按键设计间隙建议留0.05~0.1mm,以防按键死键。3.要考虑成型工艺,合理计算累积公差,以防按键手感不良。传统机械按键结构层图:按键开关键PCBA单位阶跃信号1.定义由变量,函数有断点,跳变点2.有延迟的单位阶跃信号26用单位阶跃信号描述其他信号其他函数只要用门函数处理(乘以门函数),就只剩下门内的部分。
门函数:也称窗函数矩形脉冲27符号函数28单位冲激信号(难点)定义1:狄拉克(Dirac)函数
函数值只在t=0时不为零;
积分面积为1;
t=0时,,为无界函数。
29定义:利用矩形脉冲取极限面积1;脉宽↓;
脉冲高度↑;
则窄脉冲集中于t=0处。★面积为1★宽度为0★三个特点:单位冲激信号(难点)30若面积为k,则强度为k。描述时移的冲激函数31冲激函数的性质1.抽样性2.奇偶性32抽样性(筛选性)对于移位情况:如果f(t)在t=0处连续,且处处有界,则有
33奇偶性由定义2,矩形脉冲本身是偶函数,故极限也是偶函数。由抽样性证明奇偶性。34冲激偶35①②
冲激偶的性质时移,则:
③36总结:u(t),
(t),之间的关系37冲激函数的性质总结(1)抽样性(2)奇偶性(3)微积分性质(4)冲激偶(5)卷积性质
38§1.5系统模型及其分类系统模型系统的描述系统方框图39系统的描述系统:具有特定功能的总体,可以看作信号的变换器、处理器。系统模型:是系统物理特性的数学抽象。
表示方式:数学表达式:系统物理特性的数学抽象。系统方框图:具有理想特性的符号组合来表征系统特性。40零输入响应yx(t)
:没有外加激励信号的作用,只是由初始状态(初始时刻系统的储能)所产生的响应零状态响应yf(t):不考虑初始时刻系统的储能的作用(初始状态为零),由系统的外部激励信号所产生的响应41系统方框图(基本元件)2.乘法器
1.加法器
3.微分器
4.积分器
42线性系统与非线性系统指具有线性特性的系统。
线性系统:线性:指均匀性,叠加性。叠加性:均匀性(齐次性):§1.6
线性时不变系统43先线性运算,再经系统=先经系统,再线性运算
判断方法若则系统是线性系统,否则是非线性系统。
44时不变系统与时变系统一个系统,在零初始条件下,其输出响应与输入信号施加于系统的时间起点无关,称为非时变(时(移)不变)系统,否则称为时变系统。认识:电路分析上看:元件的参数值是否随时间而变
从方程看:系数是否随时间而变从输入输出关系看:45时不变性46先时移,再经系统=先经系统,再时移判断方法若则系统是非时变(时不变)系统,否则是时变系统。47
判断系统是否为线性非时变系统。是否为线性系统?可见,先线性运算,再经系
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