信号与系统吴大正.pptx
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1、信号与系统信号与系统信号与系统信号与系统第1-1页电子课件电子课件 教材教材:吴大正等吴大正等.信号与线性系统分析信号与线性系统分析,高等教育出版社,高等教育出版社。参考资料参考资料:管致中等管致中等.信号与线性系统,高等教育出版社。信号与线性系统,高等教育出版社。郑君里等郑君里等.信号与系统信号与系统,高等教育出版社。,高等教育出版社。刘树棠译刘树棠译.信号与系统,西安交通大学出版社。信号与系统,西安交通大学出版社。信号与系统信号与系统信号与系统信号与系统第1-2页电子课件电子课件信号与系统信号与系统信号与系统信号与系统第1-3页电子课件电子课件信号与线性系统分析信号与线性系统分析研究的问题
2、研究的问题什么是信号?特征?研究方法?什么是信号?特征?研究方法?什么是系统?什么是系统?什么是系统?什么是系统?特征?研究方法?特征?研究方法?信号作用于系统产生什么响应?信号作用于系统产生什么响应?信号必定由系统产生、发送、传输与接收。信号必定由系统产生、发送、传输与接收。系统的重要功能就是对信号进行加工、变换与处理。系统的重要功能就是对信号进行加工、变换与处理。信号与系统信号与系统信号与系统信号与系统第1-4页电子课件电子课件课程地位:课程地位:信号与系统是理工科学生一门重要的专业基信号与系统是理工科学生一门重要的专业基础课。是许多专业(通信、电子、自动化、计算础课。是许多专业(通信、电
3、子、自动化、计算机、系统工程等)的必修课,是我们将来从事专机、系统工程等)的必修课,是我们将来从事专业技术工作的重要理论基础,是后续专业课(通业技术工作的重要理论基础,是后续专业课(通信原理、数字信号处理)的基础,也是上述各类信原理、数字信号处理)的基础,也是上述各类专业硕士研究生入学考试课程。专业硕士研究生入学考试课程。信号与系统信号与系统信号与系统信号与系统第1-5页电子课件电子课件课程应用:课程应用:通信领域通信领域 控制领域控制领域 信号处理信号处理 生物医学工程生物医学工程信号与系统信号与系统信号与系统信号与系统第1-6页电子课件电子课件信号处理目的:信号处理目的:对信号进行某种加工
4、或变换。对信号进行某种加工或变换。消除信号中的多余内容;消除信号中的多余内容;滤除混杂的噪声和干扰;滤除混杂的噪声和干扰;将信号变换成容易分析与识别的形式,便于将信号变换成容易分析与识别的形式,便于估计和选择它的特征参量。估计和选择它的特征参量。信号处理的应用已遍及许多科学技术领域。信号处理的应用已遍及许多科学技术领域。信号与系统信号与系统信号与系统信号与系统第1-7页电子课件电子课件课程特点:课程特点:应用应用数学知识数学知识较多,与电路分析关系密切,用数学工具较多,与电路分析关系密切,用数学工具分析物理概念。分析物理概念。常用数学工具:常用数学工具:微分、积分微分、积分(定积分、无穷积分、
5、变上限积分)定积分、无穷积分、变上限积分)线性代数线性代数 解微分方程解微分方程 傅里叶级数、傅里叶变换、拉氏变换傅里叶级数、傅里叶变换、拉氏变换 差分方程求解差分方程求解,z 变换变换新工具:新工具:Matlab软件软件信号与系统信号与系统信号与系统信号与系统第1-8页电子课件电子课件课程要求:课程要求:提前提前5 5分钟进教室分钟进教室 要求预习和复习课程要求预习和复习课程 独立完成作业独立完成作业 多思考、多做习题多思考、多做习题信号与系统信号与系统信号与系统信号与系统第1-9页电子课件电子课件123456信号与系统的基本概念(3)离散系统的Z域分析(2)连续系统的时域分析(3)离散系统
6、的时域分析(2)连续系统的频域分析(4)连续系统的S域分析(2)信号与系统信号与系统信号与系统信号与系统第1-10页电子课件电子课件第一章第一章 信号与系统的基本概念信号与系统的基本概念1.1 信号的描述1.2 信号的分类1.3 信号的基本运算(重点)1.4 阶跃函数和冲激函数(难点)1.5 系统的描述1.6 系统的性质和分类1.7 LTI系统分析方法概述信号与系统信号与系统信号与系统信号与系统第1-11页电子课件电子课件1.1 信号的描述1.消息消息(message)通过某种方式传递的声音、文字、图像、符号等。2.信息信息(information)通常把消息中有意义的内容称为信息。信息的表现
7、形态:数据、文字、声音、图像。3.信号信号(signal)信号是信息的载体,信息是信号的内容。信号是信息的载体,信息是信号的内容。信号与系统信号与系统信号与系统信号与系统第1-12页电子课件电子课件 信号有各种不同的表现形式,如光、机械、声音等物理形式,在各种信号中电信号是最便于存储、传输、处理和再现的,应用也最广泛,在实际应用中,常通过各类传感器传感器将各种物理量信号转变为电信号。本课程主要讨论目前应用广泛的电信号。本课程主要讨论目前应用广泛的电信号。电信号的基本形式:电信号的基本形式:随时间变化的电压或电流。随时间变化的电压或电流。信号与系统信号与系统信号与系统信号与系统第1-13页电子课
8、件电子课件信号的特性:物理上:物理上:信号是信息寄寓变化的形式信号是信息寄寓变化的形式数学上:数学上:信号是一个或多个变量的函数信号是一个或多个变量的函数形态上:形态上:信号表现为一种波形信号表现为一种波形参数:参数:时间、位移、周期、频率、幅度、相位时间、位移、周期、频率、幅度、相位信号与系统信号与系统信号与系统信号与系统第1-14页电子课件电子课件1.2 信号的分类确定性信号和随机信号连续时间信号和离散时间信号(掌握)连续时间信号和离散时间信号(掌握)周期信号和非周期信号(掌握)周期信号和非周期信号(掌握)实信号和复信号能量信号和功率信号(掌握)能量信号和功率信号(掌握)信号与系统信号与系
9、统信号与系统信号与系统第1-15页电子课件电子课件 1.确定性信号和随机信号(a)(b)(c)(d)(e)本课程只讨论确定信号。本课程只讨论确定信号。信号与系统信号与系统信号与系统信号与系统第1-16页电子课件电子课件 2.连续时间信号和离散时间信号 连续时间信号:连续时间信号:在连续的时间范围内(-t)有定义的信号称为连续时间信号,简称连续信号。实际中也常称为模拟信号。这里的“连续”指函数的定义域时间是连续的,但可含间断点,至于值域可连续也可不连续。幅值连续幅值离散信号与系统信号与系统信号与系统信号与系统第1-17页电子课件电子课件 离散时间信号:离散时间信号:仅在一些离散的瞬间才有定义的信
10、号称为离散时间信号,实际中也常称为数字信号。相邻离散点的间隔可以相等也可不等。通常取等间隔T,离散信号可表示为 f(kT),简写为f(k)或f(n),这种等间隔的离散信号也常称为序列,其中k或n称为序号。0751431234561n)(nf12345670 1 2 3546 7-1-2n幅值连续幅值离散信号与系统信号与系统信号与系统信号与系统第1-18页电子课件电子课件模拟信号模拟信号:时间和幅值均为连续的信号。抽样信号:抽样信号:时间离散的,幅值连续的信号。数字信号数字信号:时间和幅值均为离散的信号。信号与系统信号与系统信号与系统信号与系统第1-19页电子课件电子课件 3周期信号和非周期信号
11、周期信号周期信号(period signal)(period signal):是定义在(-,)区间,每隔一定时间T(或整数N),按相同规律重复变化的信号。连续连续周期信号f(t)满足:f(t)=f(t+mT),m=0,1,2,离散离散周期信号f(k)满足:f(k)=f(k+mN),m=0,1,2,满足上述关系的最小T(或整数N)称为该信号的周期周期信号与系统信号与系统信号与系统信号与系统第1-20页电子课件电子课件T=4sN=5连续连续周期信号:周期信号:离散离散周期信号:周期信号:离散周期信号的周期只能为整数信号与系统信号与系统信号与系统信号与系统第1-21页电子课件电子课件正弦信号:正弦信
12、号:正弦序列:正弦序列:当为整数时,正弦序列才具有周期。当为有理数时,正弦序列仍具有周期性,其周期。当为无理数时,正弦序列不具有周期性。正弦序列周期性的判定:正弦序列周期性的判定:信号与系统信号与系统信号与系统信号与系统第1-22页电子课件电子课件例例1:1:判断下列正弦序列是否为周期信号,若是,确判断下列正弦序列是否为周期信号,若是,确定其周期。定其周期。信号与系统信号与系统信号与系统信号与系统第1-23页电子课件电子课件合成信号为周期信号的判别条件:合成信号为周期信号的判别条件:单个信号为周期信号;单个信号为周期信号;单个信号周期之比为有理数;单个信号周期之比为有理数;合成周期为各信号周期
13、的最小公倍数。合成周期为各信号周期的最小公倍数。信号与系统信号与系统信号与系统信号与系统第1-24页电子课件电子课件 例例2 2:判断下列信号是否为周期信号,若是,确判断下列信号是否为周期信号,若是,确定其周期定其周期 (1 1)f1(t)=sin2t+cos3t (2 2)f2(t)=cos2t+sint 解:解:两个周期信号两个周期信号x(t)x(t),y(t)y(t)的周期分别为的周期分别为T T1 1和和T T2 2,若其周期之比,若其周期之比T T1 1/T/T2 2为有理数,则其和信为有理数,则其和信号号x(t)+y(t)x(t)+y(t)仍然是周期信号,其周期为仍然是周期信号,其
14、周期为T T1 1和和T T2 2的最小公倍数。的最小公倍数。信号与系统信号与系统信号与系统信号与系统第1-25页电子课件电子课件(1 1)sin2tsin2t是周期信号,其角频率和周期分别为是周期信号,其角频率和周期分别为 1=2 ,T1=2/1=cos3t cos3t是周期信号,其角频率和周期分别为是周期信号,其角频率和周期分别为 2=3 ,T2=2/2=(2/3)由于由于T T1 1/T/T2 2=3/2=3/2为有理数,故为有理数,故f f1 1(t)(t)为周期信号为周期信号,其周期为其周期为T T1 1和和T T2 2的最小公倍数的最小公倍数22。(2 2)cos2t cos2t
15、和和sint 的周期分别为的周期分别为T T1 1=,T T2 2=2=2,由于由于T T1 1/T/T2 2=/2=/2 为无理数,故为无理数,故f f2 2(t)(t)为非周期信号为非周期信号。信号与系统信号与系统信号与系统信号与系统第1-26页电子课件电子课件 例例3:判断序列判断序列f(k)=sin(3k/4)+cos(0.5k)是否为周期信号,若是,确定其周期。是否为周期信号,若是,确定其周期。解解:sin(3k/4)和和cos(0.5k)的数字角频率分别为的数字角频率分别为:1=3/4 rad,2=0.5 rad 由于由于2/1=8/3,2/2=4为有理数,故它们为为有理数,故它们
16、为周期信号,周期分别为周期信号,周期分别为N1=8,N2=4,且周期之比,且周期之比为有理数,故为有理数,故f(k)为周期序列,其周期为为周期序列,其周期为N1和和N2的的最小公倍数最小公倍数8。信号与系统信号与系统信号与系统信号与系统第1-27页电子课件电子课件小结:连续正弦信号一定是周期信号,而正弦序列不一连续正弦信号一定是周期信号,而正弦序列不一定是周期序列。定是周期序列。两连续周期信号之和不一定是周期信号,而两周两连续周期信号之和不一定是周期信号,而两周期序列之和一定是周期序列。期序列之和一定是周期序列。信号与系统信号与系统信号与系统信号与系统第1-28页电子课件电子课件4.实信号和复
17、信号 物理可实现的信号常常是时间t(或k)实函数(或序列),其在各时刻的函数(或序列)值为实数。信号与系统信号与系统信号与系统信号与系统第1-29页电子课件电子课件 5.能量信号和功率信号 E代表信号能量,P代表信号功率。若信号若信号f(t)的能量有界,即的能量有界,即 E ,则称其为则称其为能量能量有限信号有限信号,简称,简称能量信号能量信号。此时。此时 P=0。若信号若信号f f(t t)的功率有界,即的功率有界,即 P ,则称其为则称其为功率功率有限信号有限信号,简称,简称功率信号功率信号。此时。此时 E=。信号与系统信号与系统信号与系统信号与系统第1-30页电子课件电子课件连续信号:连
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