《信号与系统教学课件》§0.0序言

信号与系统教学课件欢迎来到信号与系统课程。本课程将带您深入探索信号处理和系统分析的奥秘，为您打开电子工程世界的大门。信号与系统的定义1信号信号是携带信息的物理量，如声音、图像或电压。2系统系统是处理信号的实体，可以是物理设备或数学模型。3相互关系信号是系统的输入和输出，系统对信号进行处理和转换。信号的分类按时间特性连续时间信号和离散时间信号按幅值特性模拟信号和数字信号按确定性确定性信号和随机信号系统的定义及特性1系统定义输入信号到输出信号的映射关系2线性性满足叠加原理3时不变性输入时间平移，输出相应平移4因果性输出仅依赖于当前和过去输入5稳定性有界输入产生有界输出信号与系统的应用领域通信信号传输、调制解调、编码解码控制自动控制系统、反馈控制、稳定性分析信号处理滤波、压缩、增强、识别信号与系统研究的历史发展118世纪傅里叶提出傅里叶级数理论219世纪拉普拉斯变换和Z变换的发展320世纪中期数字信号处理理论的兴起420世纪末至今小波分析和现代信号处理技术的发展信号与系统研究的意义技术创新推动通信、控制等领域的技术进步学科基础为电子信息类专业奠定理论基础分析工具提供强大的信号分析和系统设计工具跨领域应用在医学、金融等多个领域有广泛应用信号与系统的基础理论信号表示时域、频域和复频域表示方法系统模型微分方程、差分方程和传递函数分析方法时域分析、频域分析和变换域分析系统特性稳定性、因果性和线性时不变性分析线性时不变系统理论1定义满足线性性和时不变性的系统2特性可用单位脉冲响应或传递函数完全描述3分析方法卷积、傅里叶变换和拉普拉斯变换4应用滤波器设计、通信系统分析等时域分析方法卷积系统输出与输入和单位脉冲响应的卷积微分方程描述连续时间系统的输入输出关系差分方程描述离散时间系统的输入输出关系频域分析方法1频域分析研究系统对不同频率信号的响应2频率响应系统对正弦信号的稳态响应3幅频特性系统对不同频率信号的增益4相频特性系统对不同频率信号的相位移动傅里叶级数与变换傅里叶级数周期信号分解为正弦分量的和傅里叶变换非周期信号的频谱分析工具离散傅里叶变换离散时间信号的频谱分析快速傅里叶变换高效计算离散傅里叶变换的算法拉普拉斯变换定义将时域信号转换到复频域的积分变换特性线性性、时移特性、频移特性、微分和积分特性应用系统分析、电路分析、控制系统设计Z变换1定义离散时间信号的复频域表示2特性线性性、时移特性、卷积定理3应用离散系统分析、数字滤波器设计4反变换利用留数定理或幂级数展开采样定理与离散信号处理采样定理采样频率应不小于信号最高频率的两倍量化将连续幅值转换为离散幅值信号重建从离散样本恢复连续信号滤波器设计理论滤波器类型低通、高通、带通、带阻设计方法模拟滤波器设计、数字滤波器设计性能指标通带波动、阻带衰减、相位特性实现方式FIR滤波器、IIR滤波器状态空间法状态变量描述系统内部状态的最小变量集状态方程描述状态变量随时间变化的微分方程组输出方程将状态变量和输入映射到系统输出反馈系统理论1反馈系统输出信号回馈影响输入的系统2负反馈提高系统稳定性和抗干扰能力3正反馈增强信号，但可能导致不稳定4闭环传递函数描述反馈系统整体特性自适应滤波理论1定义能够自动调整参数以适应输入信号特性的滤波器2原理基于误差最小化准则不断更新滤波器系数3算法LMS算法、RLS算法等4应用回声消除、噪声抑制、信道均衡非线性系统分析定义不满足叠加原理的系统特点输出与输入的关系复杂，难以用简单方程描述分析方法相平面分析、描述函数法、李雅普诺夫稳定性理论应用混沌系统、神经网络、模糊系统随机信号处理理论随机过程随时间变化的随机变量序列统计特性均值、方差、自相关函数、功率谱密度处理方法维纳滤波、卡尔曼滤波、最大似然估计小波分析理论1定义利用局部化的基函数分析信号的时频特性2特点多分辨率分析，时频局部化能力强3变换连续小波变换、离散小波变换4应用信号去噪、图像压缩、特征提取数字信号处理算法FFT算法快速计算离散傅里叶变换FIR滤波器有限脉冲响应滤波器设计IIR滤波器无限脉冲响应滤波器设计硬件电路实现模拟电路运算放大器、有源滤波器数字电路数字逻辑门、触发器、寄存器DSP芯片专用数字信号处理器FPGA现场可编程门阵列软件仿真实现信号与系统分析工具MATLAB强大的数值计算和可视化工具Simulink基于模块的仿真平台LabVIEW图形化编程环境，适合实时数据采集和处理信号与系统在各领域的应用通信调制解调、信道编码、信号检测控制反馈控制、稳定性分析、最优控制语音处理语音识别、语音合成、声纹分析自主学习资源推荐1教材《信号与系统》（奥本海姆）、《数字信号处理》（程佩青）2在线课程MITOpenCourseWare、Coursera上的相关课程3实践平台MATLAB信号处理工具箱、GNURadio4学术论文IEEE信号处理汇刊、自动化学报本课程的重点难点1重点难点信号与系统课程关键概念2傅里叶分析理解频域分析的物理意义3拉普拉斯变换掌握复频域分析方法4卷积理解卷积的数学意义和物理解释5采样定理理解采样与信号重建的关系授课方式与考核方式授课方式课堂讲授习题讨论实验课考核