《信號與系統(tǒng) 教學(xué)課件 ppt 作者 王麗娟 第1章緒論》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《信號與系統(tǒng) 教學(xué)課件 ppt 作者 王麗娟 第1章緒論（78頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、12機(jī)械工業(yè)出版社第第1章章 緒論緒論1.1 信號與系統(tǒng)的概念信號與系統(tǒng)的概念1.2 信號的描述與分類信號的描述與分類1.3 連續(xù)時間信號的基本運算與變換連續(xù)時間信號的基本運算與變換1.4 典型信號典型信號1.5 連續(xù)時間信號的奇偶分解連續(xù)時間信號的奇偶分解1.6 系統(tǒng)模型、分類和基本連接方式系統(tǒng)模型、分類和基本連接方式1.7 線性時不變系統(tǒng)線性時不變系統(tǒng)3機(jī)械工業(yè)出版社1.1 信號與系統(tǒng)的概念信號與系統(tǒng)的概念1.1.1 信號的概念信號的概念1、什么是信號及電信號？、什么是信號及電信號？ 信號是攜帶了信息的運載工具，或說是攜帶和傳信號是攜帶了信息的運載工具，或說是攜帶和傳播信息的物理載體。播信

2、息的物理載體。 根據(jù)載體不同，分光信號、聲信號、電信號等。根據(jù)載體不同，分光信號、聲信號、電信號等。2、不同信號之間可相互轉(zhuǎn)換、不同信號之間可相互轉(zhuǎn)換 不同物理形態(tài)的信號通過相關(guān)器件或裝置可以不同物理形態(tài)的信號通過相關(guān)器件或裝置可以相互轉(zhuǎn)換。電信號容易產(chǎn)生、處理和控制，所以應(yīng)相互轉(zhuǎn)換。電信號容易產(chǎn)生、處理和控制，所以應(yīng)用最廣泛。用最廣泛。4機(jī)械工業(yè)出版社3、信號理論的研究方向、信號理論的研究方向包括信號分析和信號傳輸與處理。包括信號分析和信號傳輸與處理。(1) 什么是信號分析？什么是信號分析？ 研究信號的描述、分解、變換和檢測方法，信研究信號的描述、分解、變換和檢測方法，信號的性質(zhì)與特征，以及

3、信號各種特征（時域特征和號的性質(zhì)與特征，以及信號各種特征（時域特征和頻域特征）之間的對應(yīng)關(guān)系。頻域特征）之間的對應(yīng)關(guān)系。(2) 信號傳輸與處理信號傳輸與處理 探討按需要對信號進(jìn)行加工和傳輸?shù)募夹g(shù)與方法。探討按需要對信號進(jìn)行加工和傳輸?shù)募夹g(shù)與方法。 信號處理涉及的領(lǐng)域非常廣泛，包括噪聲抑制、信號處理涉及的領(lǐng)域非常廣泛，包括噪聲抑制、干擾濾除、信號平滑、信號增強、信號編碼、信號干擾濾除、信號平滑、信號增強、信號編碼、信號調(diào)制解調(diào)、信號加密與解密、信號識別等。調(diào)制解調(diào)、信號加密與解密、信號識別等。5機(jī)械工業(yè)出版社1.1.2 系統(tǒng)的概念系統(tǒng)的概念1、什么是系統(tǒng)及電系統(tǒng)？、什么是系統(tǒng)及電系統(tǒng)？(1) 什

4、么是系統(tǒng)？什么是系統(tǒng)？ 由若干相互聯(lián)系和相互作用的事物按一定規(guī)律組由若干相互聯(lián)系和相互作用的事物按一定規(guī)律組合而成的、具有特定功能的整體。合而成的、具有特定功能的整體。 比如，生物系統(tǒng)、計算機(jī)操作系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、比如，生物系統(tǒng)、計算機(jī)操作系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)及社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)等。自動控制系統(tǒng)及社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)等。(2) 什么是電系統(tǒng)？什么是電系統(tǒng)？ 從硬件角度看，是若干相互作用和相互聯(lián)系的電從硬件角度看，是若干相互作用和相互聯(lián)系的電路按一定規(guī)律組合而成、具有特定功能的整體。路按一定規(guī)律組合而成、具有特定功能的整體。 從軟件角度定義，系統(tǒng)是處理信號的一種算法。從軟件角度定義，系統(tǒng)是處理信號的一種

5、算法。6機(jī)械工業(yè)出版社2、系統(tǒng)理論的研究方向、系統(tǒng)理論的研究方向 包括系統(tǒng)分析和系統(tǒng)綜合兩個方面。包括系統(tǒng)分析和系統(tǒng)綜合兩個方面。(1) 系統(tǒng)分析系統(tǒng)分析 給定系統(tǒng)和激勵，求系統(tǒng)響應(yīng)；側(cè)重分析與了給定系統(tǒng)和激勵，求系統(tǒng)響應(yīng)；側(cè)重分析與了解系統(tǒng)的特性和功能。解系統(tǒng)的特性和功能。(2) 系統(tǒng)綜合（又稱系統(tǒng)設(shè)計）系統(tǒng)綜合（又稱系統(tǒng)設(shè)計） 給定系統(tǒng)功能和指標(biāo)要求，設(shè)計系統(tǒng)。給定系統(tǒng)功能和指標(biāo)要求，設(shè)計系統(tǒng)。3、信號與系統(tǒng)的關(guān)系、信號與系統(tǒng)的關(guān)系 信號是系統(tǒng)的輸入和輸出，系統(tǒng)則是對信號進(jìn)信號是系統(tǒng)的輸入和輸出，系統(tǒng)則是對信號進(jìn)行傳輸、處理的物理裝置或者算法。行傳輸、處理的物理裝置或者算法。7機(jī)械工業(yè)出版

6、社4、本課程學(xué)習(xí)什么？、本課程學(xué)習(xí)什么？ 學(xué)習(xí)信號分析和單輸入學(xué)習(xí)信號分析和單輸入/輸出系統(tǒng)分析。輸出系統(tǒng)分析。 1-4章：連續(xù)時間信號與系統(tǒng)的基本概念和一系章：連續(xù)時間信號與系統(tǒng)的基本概念和一系列分析方法；列分析方法； 5-6章：離散時間信號與系統(tǒng)的概念和分析方法。章：離散時間信號與系統(tǒng)的概念和分析方法。 學(xué)習(xí)過程中可以把連續(xù)時間信號與系統(tǒng)的相學(xué)習(xí)過程中可以把連續(xù)時間信號與系統(tǒng)的相關(guān)概念、分析方法和結(jié)論移植到離散時間信號與關(guān)概念、分析方法和結(jié)論移植到離散時間信號與系統(tǒng)的分析中去，進(jìn)而提高學(xué)習(xí)效率。系統(tǒng)的分析中去，進(jìn)而提高學(xué)習(xí)效率。8機(jī)械工業(yè)出版社1.2 信號的描述與分類信號的描述與分類1.2

7、.1 信號的描述信號的描述1數(shù)學(xué)表達(dá)式數(shù)學(xué)表達(dá)式 具有某一確定的規(guī)律，能用數(shù)學(xué)表達(dá)式描述具有某一確定的規(guī)律，能用數(shù)學(xué)表達(dá)式描述的信號是最理想和完美的信號。如的信號是最理想和完美的信號。如e4( ) 2cos2tf tt 20.5( )4F 2波形圖波形圖 攜帶信息的信號通常具有隨機(jī)性，攜帶信息的信號通常具有隨機(jī)性，無法用確定的時間函數(shù)來表示，但可無法用確定的時間函數(shù)來表示，但可以畫出波形。以畫出波形。3數(shù)據(jù)串?dāng)?shù)據(jù)串 信號是一系列的數(shù)據(jù)，這樣的信號則用數(shù)據(jù)串描述。信號是一系列的數(shù)據(jù)，這樣的信號則用數(shù)據(jù)串描述。9機(jī)械工業(yè)出版社1.2.2 信號的分類信號的分類 按載波的物理形態(tài)分類按載波的物理形態(tài)分

8、類 電信號、聲信號、光信號、磁信號等。電信號、聲信號、光信號、磁信號等。 按占用頻段分類按占用頻段分類 低頻信號、高頻信號、微波信號、短波信號等。低頻信號、高頻信號、微波信號、短波信號等。 按用途分類按用途分類 通信信號、廣播信號、雷達(dá)信號、電視信號、通信信號、廣播信號、雷達(dá)信號、電視信號、 遙測信號、控制信號等。遙測信號、控制信號等。 按攜帶消息的類型分類按攜帶消息的類型分類 語音信號、圖像信號、數(shù)據(jù)信號等。語音信號、圖像信號、數(shù)據(jù)信號等。10機(jī)械工業(yè)出版社從數(shù)學(xué)描述的特點上，對信號進(jìn)行以下劃分：從數(shù)學(xué)描述的特點上，對信號進(jìn)行以下劃分： 連續(xù)時間信號與離散時間信號連續(xù)時間信號與離散時間信號

9、能量信號與功率信號能量信號與功率信號 周期信號與非周期信號周期信號與非周期信號 因果信號與非因果信號因果信號與非因果信號 隨機(jī)信號與確定信號隨機(jī)信號與確定信號11機(jī)械工業(yè)出版社1連續(xù)時間信號與離散時間信號連續(xù)時間信號與離散時間信號 按自變量是否能連續(xù)取值來劃分。按自變量是否能連續(xù)取值來劃分。(1) 連續(xù)時間信號連續(xù)時間信號 在某個區(qū)域里，除有限不連續(xù)點外，自變量都連在某個區(qū)域里，除有限不連續(xù)點外，自變量都連 續(xù)取值。續(xù)取值。 在連續(xù)時間信號中，把自變量和因變量都能連續(xù)在連續(xù)時間信號中，把自變量和因變量都能連續(xù)取值的信號稱為模擬信號，比如，取值的信號稱為模擬信號，比如，sin 0t，e at。1

10、2機(jī)械工業(yè)出版社(2) 離散時間信號離散時間信號 自變量只能離散取值的信號。自變量只能離散取值的信號。 按因變量取值的連續(xù)性，離散時間信號又細(xì)分為：按因變量取值的連續(xù)性，離散時間信號又細(xì)分為：1) 抽樣信號抽樣信號 自變量取值離散，因變量取值連續(xù)的信號。見圖自變量取值離散，因變量取值連續(xù)的信號。見圖a。2) 數(shù)字信號數(shù)字信號 自變量和因變量都離散取值的信號，見圖自變量和因變量都離散取值的信號，見圖b。13機(jī)械工業(yè)出版社2、周期信號與非周期信號、周期信號與非周期信號(1) 周期信號周期信號 在在 (，)時間里，每隔時間時間里，每隔時間T ，信號波形，信號波形按相同的規(guī)律重復(fù)，稱這類信號為周期信號

11、。按相同的規(guī)律重復(fù)，稱這類信號為周期信號。( )()1,2,f tf tnTn 在實際應(yīng)用中，只要在我們關(guān)注的時間范圍內(nèi)，信在實際應(yīng)用中，只要在我們關(guān)注的時間范圍內(nèi)，信號具有周期性，就可以當(dāng)成周期信號去分析。號具有周期性，就可以當(dāng)成周期信號去分析。(2) 非周期信號非周期信號 非周期信號可視為周期無窮大的周期信號，其非周期信號可視為周期無窮大的周期信號，其函數(shù)值沒有周而復(fù)始的重復(fù)變化規(guī)律。函數(shù)值沒有周而復(fù)始的重復(fù)變化規(guī)律。14機(jī)械工業(yè)出版社cos20( )00ttf tt 例 判斷信號判斷信號是否為周期信號？是否為周期信號？若是，請確定其周期。若是，請確定其周期。分析：周期信號是在周期信號是在

12、 t 整個時間域周而復(fù)始整個時間域周而復(fù)始變化的函數(shù)，本題信號變化的函數(shù)，本題信號f(t)僅在僅在t 0區(qū)間具有周期區(qū)間具有周期性，故性，故 f(t)不是周期信號。不是周期信號。15機(jī)械工業(yè)出版社 從能量角度觀察信號，有能量信號和功率信號從能量角度觀察信號，有能量信號和功率信號之分。之分。（1 1）能量信號）能量信號 若實數(shù)信號若實數(shù)信號f (t)滿足滿足 則則f (t)為為能能量信號。積分值是信號量信號。積分值是信號f(t)的能量。的能量。3能量信號與功率信號能量信號與功率信號16機(jī)械工業(yè)出版社3、能量信號與功率信號、能量信號與功率信號(1) 能量信號能量信號如果信號如果信號 f(t) 的積

13、分的積分 有界有界, 則稱則稱 f(t)為能量信號。為能量信號。2( )Eft dt 22210lim( )TTTPft dtT (2) 功率信號功率信號 如果信號如果信號f(t)滿足滿足 則稱則稱f(t)為功率信號。為功率信號。22210( )TTPft dtT 對于周期信號，有對于周期信號，有17機(jī)械工業(yè)出版社說明：說明：* 能量信號的功率為零；功率信號的能量為無窮。能量信號的功率為零；功率信號的能量為無窮。 一個信號不可能既是能量信號，又是功率信號，一個信號不可能既是能量信號，又是功率信號， 二者必居其一。二者必居其一。* 有些信號的能量和功率都無窮大，它們既非能有些信號的能量和功率都無

14、窮大，它們既非能 量信號，又非功率信號。比如：量信號，又非功率信號。比如：t，et(3) 判斷思路判斷思路 先計算能量。若能量有限，為能量信號；若無先計算能量。若能量有限，為能量信號；若無 限，再計算功率。若功率值有限，判斷是功率限，再計算功率。若功率值有限，判斷是功率 信號；否則，兩者都不是。信號；否則，兩者都不是。18機(jī)械工業(yè)出版社思路：通常先計算能量，若有限，判斷為能量信號，通常先計算能量，若有限，判斷為能量信號， 若無限，進(jìn)一步計算功率。若功率有限，則是功若無限，進(jìn)一步計算功率。若功率有限，則是功 率信號，否則，判斷兩者都不是。率信號，否則，判斷兩者都不是。dd22011lim( )l

15、im(10 )22TTTTTPf ttttTT 故故f(t)既不是能量信號，也不是功率信號。既不是能量信號，也不是功率信號。例 判斷信號判斷信號 是能量信號還是功率是能量信號還是功率100( )00ttf tt 信號。信號。lim( )0tf t 解：因因 ，所以，所以 f(t)不是能量信號。又有不是能量信號。又有19機(jī)械工業(yè)出版社4因果信號與非因果信號因果信號與非因果信號 t 0，f (t t0) 朝正時間軸移動朝正時間軸移動t0，稱為延時信號。，稱為延時信號。* * t0 1時，自變量尺度壓縮時，自變量尺度壓縮a倍，波形變化加劇。倍，波形變化加劇。0 a 0時，為指數(shù)增長函數(shù)；當(dāng)時，為指數(shù)

16、增長函數(shù)；當(dāng) t0的輸入無關(guān)，該系統(tǒng)就是因果系的輸入無關(guān)，該系統(tǒng)就是因果系統(tǒng)，否則為非因果系統(tǒng)。統(tǒng)，否則為非因果系統(tǒng)。 因果系統(tǒng)的判斷準(zhǔn)則：因果系統(tǒng)的判斷準(zhǔn)則： 響應(yīng)不出現(xiàn)在激勵之前。響應(yīng)不出現(xiàn)在激勵之前。73機(jī)械工業(yè)出版社1) 平移系統(tǒng)平移系統(tǒng) 2) 平滑系統(tǒng)平滑系統(tǒng) 3) 尺度壓縮系統(tǒng)尺度壓縮系統(tǒng) 0( )()r te ttd/2/21( )( )t Tt Tr teT( )(2 )r tet分析：1) 若若t0 0，當(dāng)，當(dāng)t = 0時，時，r(0) = e(|t0 |)；響應(yīng)在前，；響應(yīng)在前，激勵在后，判斷該系統(tǒng)為非因果系統(tǒng)。激勵在后，判斷該系統(tǒng)為非因果系統(tǒng)。例 請判斷用以下表達(dá)式描述的

17、系統(tǒng)的因果性。請判斷用以下表達(dá)式描述的系統(tǒng)的因果性。74機(jī)械工業(yè)出版社2) ddd/2/2/2/2111( )( )( )( )t Ttt Tt Tt Ttr teeeTTT等式右邊第二項是對今后輸入信號的積分，說明等式右邊第二項是對今后輸入信號的積分，說明t時刻的輸出與將來輸入有關(guān)。因此，該平滑系統(tǒng)是時刻的輸出與將來輸入有關(guān)。因此，該平滑系統(tǒng)是非因果系統(tǒng)。非因果系統(tǒng)。3) 識別系統(tǒng)識別系統(tǒng)r(t) = e(2t) 采用舉反例識別方法。采用舉反例識別方法。 當(dāng)當(dāng)t = 1時，時，r(1) = e(2)；響應(yīng)出現(xiàn)在激勵之前，；響應(yīng)出現(xiàn)在激勵之前，故尺度變換系統(tǒng)是非因果的。故尺度變換系統(tǒng)是非因果的

18、。75機(jī)械工業(yè)出版社1.7 線性時不變系統(tǒng)線性時不變系統(tǒng)定義：定義： 把具有線性和時不變性的系統(tǒng)稱為線性時不把具有線性和時不變性的系統(tǒng)稱為線性時不變變( LTI )系統(tǒng)。系統(tǒng)。 一個具體的物理系統(tǒng)通常是各種特征的組合體，一個具體的物理系統(tǒng)通常是各種特征的組合體，比如，尺度變換系統(tǒng)比如，尺度變換系統(tǒng)r(t) = e(2t)是線性、時變、非因是線性、時變、非因果系統(tǒng)。在系統(tǒng)理論中，線性時不變系統(tǒng)的理論最基果系統(tǒng)。在系統(tǒng)理論中，線性時不變系統(tǒng)的理論最基礎(chǔ)、成熟與完善。對于某些非線性系統(tǒng)及時變系統(tǒng)，礎(chǔ)、成熟與完善。對于某些非線性系統(tǒng)及時變系統(tǒng)，在一定條件下能夠近似為線性時不變系統(tǒng)，進(jìn)而使用在一定條件下

19、能夠近似為線性時不變系統(tǒng)，進(jìn)而使用線性時不變系統(tǒng)的分析方法。線性時不變系統(tǒng)的分析方法。 76機(jī)械工業(yè)出版社1.7.1 LTI系統(tǒng)的基本特性系統(tǒng)的基本特性 由由LTI系統(tǒng)的基本性質(zhì)系統(tǒng)的基本性質(zhì) 比例性、疊加性比例性、疊加性和時不變性，可以進(jìn)一步推衍出微分性和積分性。和時不變性，可以進(jìn)一步推衍出微分性和積分性。敘述為敘述為LTI( )( )e tr t ddLTIdd( )( )e tr ttt LTIdd( )( )tter 若有若有 則有微分性則有微分性 積分性積分性 77機(jī)械工業(yè)出版社證明微分性證明微分性；已知；已知根據(jù)疊加性，有根據(jù)疊加性，有00( )()( )()limlimtte t

20、e ttr tr tttt 由時不變得由時不變得()()e ttr tttt 由比例性得由比例性得( )( )e tr ttt 得得( )( )d e tdr td td t ( )( )e tr t 78機(jī)械工業(yè)出版社解：信號信號e2(t)與與e1(t)的數(shù)學(xué)關(guān)系為的數(shù)學(xué)關(guān)系為e2(t) = dd1( )ettddee12(1)( )( )(1)( )2(2)(1)ttr tr tttu ttu t例 已知在圖已知在圖a所示信號所示信號e1(t)作用下，某作用下，某LTI系統(tǒng)的零狀系統(tǒng)的零狀 態(tài)響應(yīng)為態(tài)響應(yīng)為 r1(t) = tetu(t) 2(t 1) e(t 1)u(t 1)，求：在，求：在圖圖b所示信號所示信號e2(t)的作用下，系統(tǒng)的零狀態(tài)響應(yīng)的作用下，系統(tǒng)的零狀態(tài)響應(yīng)r2(t)。利用利用LTI系統(tǒng)的微分性，系統(tǒng)的微分性，e2(t)作用下，作用下，系統(tǒng)的零狀態(tài)響應(yīng)為系統(tǒng)的零狀態(tài)響應(yīng)為