解封軍信息工程學(xué)院信號(hào)系統(tǒng)課件.ppt

上傳人:za****8 文檔編號(hào):14375070 上傳時(shí)間:2020-07-20 格式:PPT 頁(yè)數(shù):20 大?。?06.01KB
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1、第一章 緒 論,例如:電話(huà) 發(fā)話(huà)人話(huà)筒電話(huà)線(xiàn)揚(yáng)聲器受話(huà)人 電視 場(chǎng)景及聲音攝像機(jī)及話(huà)筒高頻發(fā)射機(jī)(調(diào)制器) 空間接收機(jī)解調(diào)器揚(yáng)聲器及顯像器觀(guān)眾,一、定義:信號(hào)是隨時(shí)間變化的物理量。 以上的定義有局限性: l 隨著信號(hào)與系統(tǒng)應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大,很多非物理系統(tǒng)也可以用信號(hào)與系統(tǒng)理論研究,從而信號(hào)也未必是物理量,例如,人口,股票指數(shù)等都是信號(hào)。 l 信號(hào)也未必是一個(gè)隨時(shí)間變化的量,也可以是隨空間等其它變量變化的量。例如,圖象信號(hào)隨空間位置變化。 但在本課程中,仍然采用這個(gè)定義,以便于敘述。,1-2 信號(hào),二、信號(hào)的描述 1、時(shí)域法:將信號(hào)表示成時(shí)間的函數(shù)f(t) 信號(hào)的時(shí)間特性:變化快慢,

2、周期長(zhǎng)短, 2、頻域(變換域):通過(guò)正交變換,將信號(hào)表示成其它變量的函數(shù)。一般常用的是FT。 信號(hào)的頻域特性:頻帶的寬窄 信號(hào)的頻域特性與時(shí)域特性之間有密切關(guān)系,在后面的內(nèi)容中我們將仔細(xì)討論。,三、信號(hào)的分類(lèi) 1、 確定性信號(hào):信號(hào)可以用一個(gè)確定的時(shí)間函數(shù)加以確定; 隨機(jī)信號(hào):信號(hào)不可以用一個(gè)確定的時(shí)間函數(shù)加以確定,只能用統(tǒng)計(jì)特性加以描述。 本課程中主要研究確定性信號(hào)。 2、 連續(xù)信號(hào):除若干不連續(xù)的時(shí)間點(diǎn)外,每個(gè)時(shí)間點(diǎn)t上都有對(duì)應(yīng)的信號(hào)值。(模擬信號(hào)) 注:1)連續(xù)信號(hào)可以包含有不連續(xù)點(diǎn),其幅值可以連續(xù)的,也可以是離散的。 2)連續(xù)信號(hào)是指它的時(shí)間變量t是連續(xù)的。 離散信號(hào):信號(hào)只在某

3、些不連續(xù)的時(shí)間點(diǎn)上有信號(hào)值,其它時(shí)間點(diǎn)上信號(hào)沒(méi)有定義。(數(shù)字信號(hào)) 注:1)時(shí)間變量t取離散值;2)時(shí)間間隔可以均勻,也可以不均勻。,3、周期信號(hào):存在T,使得等式f(t+T)=f(t)對(duì)于任意時(shí)間t都成立。 非周期信號(hào):無(wú)重復(fù)變化的信號(hào)。 有始周期信號(hào):在t0滿(mǎn)足周期性。 例:確認(rèn)信號(hào)x(t)= 是否是周期性的,4、 能量信號(hào):總能量有限的信號(hào)。 功率信號(hào):平均功率有限且非零的信號(hào)。 定義: 信號(hào)的總能量: 信號(hào)的平均功率:,5、 奇信號(hào):滿(mǎn)足等式f(t)=-f(-t)的信號(hào)。 偶信號(hào):滿(mǎn)足等式f(t)= f(-t)的信號(hào)。,6、實(shí)信號(hào):物理可實(shí)現(xiàn)的信號(hào),在各時(shí)刻的函數(shù)值均為實(shí)數(shù)。

4、 復(fù)信號(hào):實(shí)際上不能產(chǎn)生復(fù)信號(hào),為了理論分析的需要,常利用復(fù)信號(hào)。,,,,,,,,四、信號(hào)的基本運(yùn)算: 1、加(減):f(t)=f1(t)+f2(t) 2、乘: f(t)=f1(t) f2(t) 3、反褶: f(t) f(-t) 4、平移:f(t) f(t-t0) t0 0 :右移; t0 1 :尺度縮??;|a|<1 :尺度放大; l當(dāng)a<0 時(shí),還必須包含反褶; 6、標(biāo)量乘法: f(t) af(t) 7、混合運(yùn)算,若已知f(t),則f(t0-t)如何?設(shè)f(t)=e-t(t),一、定義 系統(tǒng)是由若干相互聯(lián)系的單元組成的、具有某種功能、用以達(dá)到某種目的的有機(jī)整體。,電系統(tǒng):對(duì)電信號(hào)進(jìn)行

5、傳輸和處理 的電路、設(shè)備和儀器 非電系統(tǒng):機(jī)械系統(tǒng),光系統(tǒng).,物理系統(tǒng):,,社會(huì),生態(tài),經(jīng)濟(jì),生產(chǎn)管理 人工系統(tǒng):水利,交通,交響樂(lè)團(tuán) 自然系統(tǒng):原子,太陽(yáng)系,宇宙,神經(jīng)系統(tǒng),非物理系統(tǒng):,,,系統(tǒng),電系統(tǒng)簡(jiǎn)單,直觀(guān),便于觀(guān)測(cè),具有一般性和可比擬性,其結(jié)果也可以推廣到其它系統(tǒng)。所以在本課程中,“系統(tǒng)”特指電系統(tǒng)。,1-3 系 統(tǒng),二、系統(tǒng)研究的內(nèi)容: 1、已知系統(tǒng)特性和激勵(lì)信號(hào),求系統(tǒng)的輸出; 2、已知系統(tǒng)的輸入和輸出信號(hào),求系統(tǒng)特性; 3、已知輸入信號(hào)和欲得到的輸出信號(hào),構(gòu)造系統(tǒng)。 以上內(nèi)容中,1和2項(xiàng)屬于系統(tǒng)分析,是本課程研究的重點(diǎn);3項(xiàng)屬于系統(tǒng)綜合,不在本課程研究范圍內(nèi)。,三、系統(tǒng)描述

6、1、數(shù)學(xué)模型: 或: 2、物理模型: 用基本的功能部件的聯(lián)結(jié)來(lái)表示框圖 基本的功能部件包括:標(biāo)量乘法器,乘法器,加法器,積分(差分)器,微分器,,,l 復(fù)雜系統(tǒng)可以用簡(jiǎn)單系統(tǒng)的組合實(shí)現(xiàn)。 物理模型易于理解、綜合、實(shí)現(xiàn),在工程中經(jīng)常使用。但是它往往要忽略一些次要因素。數(shù)學(xué)模型和物理模型可以相互轉(zhuǎn)換。,四、系統(tǒng)的分類(lèi) 1、線(xiàn)性系統(tǒng):符合齊次性和疊加性的系統(tǒng)。 非線(xiàn)性系統(tǒng):不符合齊次性和疊加性的系統(tǒng)。 齊次性:假設(shè) 則: 疊加性:假設(shè) 則:,,,,,,線(xiàn)性系統(tǒng)同時(shí)滿(mǎn)足齊次性和疊加性,也就是說(shuō)同時(shí)滿(mǎn)足上面兩個(gè)等式。或者,也可以用一個(gè)等式表達(dá):如果系統(tǒng)對(duì)于任意的輸入 , ,都滿(mǎn)足: 其中

7、 , 為任意常數(shù)。則該系統(tǒng)為線(xiàn)性系統(tǒng)。不滿(mǎn)足該關(guān)系的系統(tǒng)稱(chēng)為非線(xiàn)性系統(tǒng)。,,,,l 線(xiàn)性系統(tǒng)理論成熟,體系完整,是解決其它系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)。 l 非線(xiàn)性系統(tǒng)情況復(fù)雜,沒(méi)有成熟的體系和理論,難于分析,以往大多用線(xiàn)性系統(tǒng)近似分析。但是,它表現(xiàn)出一些非常獨(dú)特、與線(xiàn)性系統(tǒng)不同的特性(如混沌,分形,奇怪吸引子,孤子等),成為當(dāng)今人們研究的熱點(diǎn)。 l 線(xiàn)性系統(tǒng)可以用線(xiàn)性微分方程或差分方程描述;而非線(xiàn)性系統(tǒng)可以用非線(xiàn)性微分方程或差分方程描述。,2、非時(shí)變系統(tǒng)(或時(shí)不變系統(tǒng),定常系統(tǒng)):滿(mǎn)足 的系統(tǒng)。 時(shí)變系統(tǒng):不滿(mǎn)足上面關(guān)系的系統(tǒng)。 3、按照系統(tǒng)處理的信號(hào)的類(lèi)型,又可以將系統(tǒng)分為連續(xù)系

8、統(tǒng),離散系統(tǒng),混合系統(tǒng)。 4、其它分類(lèi)方法: 因果系統(tǒng) & 非因果系統(tǒng) 穩(wěn)定系統(tǒng) & 非穩(wěn)定系統(tǒng) 集總參數(shù)系統(tǒng) & 分布參數(shù)系統(tǒng) 有源系統(tǒng) & 無(wú)源系統(tǒng) 本課程研究的是集總參數(shù)、線(xiàn)性非時(shí)變的連續(xù)或離散系統(tǒng)。,,l 兩個(gè)特例: 1)系統(tǒng) ( )是否是線(xiàn)性系統(tǒng)? 嚴(yán)格說(shuō),它不是。但是它又是工程中經(jīng)常見(jiàn)到的系統(tǒng)。為此必須擴(kuò)大線(xiàn)性系統(tǒng)的定義: 增量線(xiàn)性系統(tǒng):激勵(lì)和響應(yīng)的增量滿(mǎn)足齊次性和疊加性的系統(tǒng),即: 或:將系統(tǒng)響應(yīng)分為零輸入和零輸出兩部分。只要系統(tǒng)的零狀態(tài)響應(yīng)滿(mǎn)足線(xiàn)性條件即可。 2)乘法器 不屬于線(xiàn)性系統(tǒng),但是它在通訊系統(tǒng)中有很重要的作用。所以它同樣是我們課程研究的內(nèi)容

9、之一。,(,,,一、任務(wù) 給定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)以及激勵(lì)信號(hào),求解系統(tǒng)響應(yīng);或已知系統(tǒng)的輸入和輸出,求解系統(tǒng)的特性。 在系統(tǒng)理論中,線(xiàn)性非時(shí)變(Linear,Time invariant,LTI)系統(tǒng)分析占有很重要的地位: 1)很多系統(tǒng)具有線(xiàn)性非時(shí)變的特性存在; 2)已有一套完整的分析方法具有可能性; 3)易于綜合實(shí)現(xiàn)具有實(shí)用性 二、系統(tǒng)分析的步驟: 1、 建立數(shù)學(xué)模型:將系統(tǒng)的工作表達(dá)為抽象的數(shù)學(xué)模型。 對(duì)于LTI系統(tǒng)而言,可以得到一個(gè)常系數(shù)的微分(或差分)方程。,1-4 線(xiàn)性非時(shí)變系統(tǒng)分析,2、 求解方程:用數(shù)學(xué)方法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析。 l 對(duì)于連續(xù)線(xiàn)性系統(tǒng)的線(xiàn)性微分方程,有: 1)時(shí)域法:

10、其中包括: (1)經(jīng)典法:經(jīng)典的線(xiàn)性微分方程解。 (2)算子法(近代時(shí)域法,卷積法) 這些內(nèi)容將在Ch2中介紹。 2)變換域法:其中包括: (1)頻域法:傅利葉變換(F.T)Ch3,4中介紹 (2)復(fù)頻域法:拉普拉斯變換(L.T)Ch5,6中介紹 3)狀態(tài)方程法Ch9中介紹,l 對(duì)于離散線(xiàn)性系統(tǒng)的線(xiàn)性差分方程,有: 1) 時(shí)域法:其中包括: (1) 經(jīng)典法 (2) 算子法(近代時(shí)域法,卷積法) 這些內(nèi)容將在Ch7中介紹。 2) 變換域法:Z變換Ch8中介紹 3) 狀態(tài)方程法Ch9中介紹,l 各種分析方各有其優(yōu)劣: 時(shí)域法直接求解方程,結(jié)果直觀(guān),但是求解困難。 近代時(shí)域法將信號(hào)分解為子信號(hào),利用

11、線(xiàn)性系統(tǒng)的齊次性和疊加性進(jìn)行計(jì)算,很容易求出系統(tǒng)對(duì)特定信號(hào)的響應(yīng)。但是無(wú)法得到具有普遍性的結(jié)論。 變換域法通過(guò)積分變換將求解微分或差分方程的問(wèn)題轉(zhuǎn)變?yōu)榍蠼獯鷶?shù)方程的問(wèn)題,求解容易,但是要經(jīng)過(guò)兩個(gè)變換計(jì)算,計(jì)算量比較大; 狀態(tài)變量分式可以: 1)提供系統(tǒng)更多的信息,特別適用于多IO系統(tǒng); 2)表達(dá)簡(jiǎn)明,易于用計(jì)算機(jī)表達(dá)和求解; 3)不僅可以分析線(xiàn)性非時(shí)變系統(tǒng),而且可以求解時(shí)變和非線(xiàn)性系統(tǒng) 但是,用它解決簡(jiǎn)單問(wèn)題反而復(fù)雜。它適合于分析復(fù)雜系統(tǒng)。,3、 物理解釋?zhuān)?在取得分析結(jié)果以后,將結(jié)果從物理意義上進(jìn)行解釋?zhuān)员阌诠こ虘?yīng)用。 數(shù)學(xué)模型從客觀(guān)世界抽象出數(shù)學(xué)模型;物理解釋從數(shù)學(xué)模型還原到客觀(guān)世界。,

12、若t

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