[工学]《信号与系统》课程讲义-CH课件.ppt
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1、 信号与系统信号与系统CSignals and Systems南华大学南华大学电气工程学院电气工程学院潘佚潘佚课程学习要求课程学习要求n严格遵守课堂纪律严格遵守课堂纪律n独立、及时完成课后作业独立、及时完成课后作业n认真预习、复习认真预习、复习n适当看一些参考书适当看一些参考书本课程学习目的和意义本课程学习目的和意义 n前续课程(电路,微积分,线性代数,复变函前续课程(电路,微积分,线性代数,复变函数)数)n后续课程(通信、控制和数字信号处理后续课程(通信、控制和数字信号处理)基)基础础n工程应用(工程应用(IT行业,医学,航天航空,地质行业,医学,航天航空,地质)基础基础n应用基础研究(图像
2、处理、语音处理、数据处应用基础研究(图像处理、语音处理、数据处理理)先导课程)先导课程n考研:专业基础课考研:专业基础课 参考书参考书nAlanv.Oppenheim(刘树棠(刘树棠 译)译).信号与系统,信号与系统,西安交通大学出版社西安交通大学出版社n管致中等管致中等.信号与线性系统(第三版)信号与线性系统(第三版).高等教高等教育出版社育出版社n吴大正等吴大正等.信号与线性系统分析(第三版)信号与线性系统分析(第三版).高高等教育出版社等教育出版社n陆哲明,赵春晖,孙圣和陆哲明,赵春晖,孙圣和.信号与系统学习与信号与系统学习与考研指导考研指导.科学出版社科学出版社主要讲述章节主要讲述章节
3、上册:第上册:第1章章 第第2章章 第第3章章 第第4章章 第第5章章下册:第下册:第7章章 第第8章章第一章第一章 绪论绪论 本章主要内容:本章主要内容:n信号与系统的研究内容与方法信号与系统的研究内容与方法 n信号描述与信号运算信号描述与信号运算n阶跃信号与冲激信号阶跃信号与冲激信号 n信号分解信号分解n系统类型的判别系统类型的判别 1.1 信号与系统信号与系统 一、信号一、信号1 1、概念、概念消息、消息、信号、信号、信息、信息、函数函数Message Signal Information FunctionMessage Signal Information Function 具体内容、
4、表现形式、消息有效成分、具体内容、表现形式、消息有效成分、信号表达式(单值函数)信号表达式(单值函数)信号信号:消息的运载工具和表现形式消息的运载工具和表现形式消息传递方式的历史:消息传递方式的历史:光信号光信号 声信号声信号 电信号电信号 现代现代:GPS、网络、网络 1.1 信号与系统信号与系统2、信号研究的内容、信号研究的内容(1)信号分析:信号描述、运算、分解、频谱信号分析:信号描述、运算、分解、频谱分析、相关分析、信号检测分析、相关分析、信号检测(2)信号变换(源自信号的正交分解):)信号变换(源自信号的正交分解):傅氏变换、拉氏变换、傅氏变换、拉氏变换、Z变换、变换、DTFT、DF
5、T(3)信号处理(信号变换是其中一部分,信号处理(信号变换是其中一部分,服务于信号传输):变换、滤波、压缩、增服务于信号传输):变换、滤波、压缩、增强、分割强、分割 1.1 信号与系统信号与系统二、系统二、系统 1概念概念 系统:若干相互作用和相互依赖的事物所组系统:若干相互作用和相互依赖的事物所组成的具有特定功能的整体成的具有特定功能的整体e(t)r(t)一般系统论创始人一般系统论创始人贝塔朗菲贝塔朗菲可以表述为:如果对象集可以表述为:如果对象集S满足下列两个条件满足下列两个条件:(1)S中至少包含两个不同元素中至少包含两个不同元素(2)S中的元素按一定方式相互联系中的元素按一定方式相互联系
6、 则称则称S为一个系统,为一个系统,S的元素为系统的组分。的元素为系统的组分。系统、电路(网络)系统、电路(网络)i)系统强调功能与特性,关心全局;系统强调功能与特性,关心全局;ii)电路强调结构与参数,关心局部电路强调结构与参数,关心局部 广义系统分类广义系统分类 物理、非物理;自然、人工物理、非物理;自然、人工1.1 信号与系统信号与系统2信号与系统关系信号与系统关系 相辅相成相辅相成 离开信号,系统无意义离开信号,系统无意义 信号必须通过系统得以传输和处理信号必须通过系统得以传输和处理 1.2 信号描述分类和典型示例信号描述分类和典型示例1信号的描述信号的描述(1 1)解析法)解析法用数
7、学用数学表达式描述信号表达式描述信号(2 2)图示法)图示法用坐标图描述信号用坐标图描述信号(3 3)列举法)列举法用数据列表描述信号用数据列表描述信号1.2 信号描述分类和典型示例信号描述分类和典型示例2 2信号的分类信号的分类信号函数表达式确定性信号函数表达式确定性 确定信号:能表示成时间确定函数;确定信号:能表示成时间确定函数;随机信号:不能表示成时间确定函数,只能知道其随机信号:不能表示成时间确定函数,只能知道其概率分布;概率分布;周期性周期性 周期信号:周期信号:满足条件的最小的满足条件的最小的T T 非周期信号:非周期信号:()()f tf tnTT为,周期,周期T 1.2 信号描
8、述分类和典型示例信号描述分类和典型示例时间函数取值连续性时间函数取值连续性 抽样抽样模拟模拟抽样抽样量化量化 数字数字A/D转换转换信号信号信号信号 信号信号连续时间连续时间模拟模拟:连续幅度:连续幅度量化信号:离散幅度量化信号:离散幅度离散时间离散时间抽样:连续幅度抽样:连续幅度数字数字:离散幅度:离散幅度1.2 信号描述分类和典型示例信号描述分类和典型示例例例1:判断信号类型(习题:判断信号类型(习题1-1)tf(t)(a)4321 (只取只取4,3,2,1)tf(t)(b)连续时间信号连续时间信号模拟信号模拟信号连续时间离散幅度信号连续时间离散幅度信号1.2 信号描述分类和典型示例信号描
9、述分类和典型示例例例1:判断信号类型(习题:判断信号类型(习题1-1)离散时间信号离散时间信号数字信号数字信号离散时间信号离散时间信号抽样信号抽样信号123只取只取(3,2,1)tf(t)(c)tf(t)(d)1.2 信号描述分类和典型示例信号描述分类和典型示例例例1:判断信号类型(习题:判断信号类型(习题1-1)离散时间信号离散时间信号数字信号数字信号离散时间信号离散时间信号数字信号数字信号(e)(f)1只取只取(0,1)nx(n)1只取只取(-1,1)nx(n)-11.2 信号描述分类和典型示例信号描述分类和典型示例自变量个数自变量个数一维:语音一维:语音f(t)多维多维二维:图像二维:图
10、像f(x,y)三维:视频三维:视频f(x,y,t)四维:电磁波四维:电磁波f(x,y,z,t)1.2 信号描述分类和典型示例信号描述分类和典型示例能量和功率特性能量和功率特性2-()()Ef tdt 连续;能量:能量:2()()nEx n 离散功率:功率:22210lim()TTTPf tdtT;210lim()21NNnNPx nN 非能量非功率:非能量非功率:EP ;1.2 信号描述分类和典型示例信号描述分类和典型示例调制系统中调制系统中调制信号调制信号载波信号载波信号已调信号已调信号基带信号基带信号(调制信号调制信号)已调已调信号信号信道信道接收端接收端解调解调0cos()t载波载波低频
11、信号低频信号1.2 信号描述分类和典型示例信号描述分类和典型示例)0(aKeat)0(aKeat)0(aKeatatKetf)(0tf(t)3.典型连续时间信号典型连续时间信号1指数信号指数信号表达式表达式:参数参数a的含义的含义i)a0幅度增长幅度增长ii)a=0直流直流iii)a0)2反褶:反褶:f(t)f(-t)3尺度:尺度:f(t)f(at)(a0)11aa时间轴上压缩时间轴上压缩时间轴上扩展时间轴上扩展1.3信号的运算信号的运算例例1:已知已知f(t)如下图,画出如下图,画出f(-3t-2)解:解:f(t)f(-t)f-(t+2)f(-3t-2)-210t1f(t)-102t1f(-
12、t)-3 -2 0 t 1f(-t-2)-1 0 tf(-3t-2)1321.3信号的运算信号的运算已知已知f(t)定义域为定义域为-1,4,求,求f(-2t+5)的定义域的定义域解:解:i)方法一:方法一:f(t)f(-t)-4,1;f(-t)f(-t+5)1,6;f(-t+5)f(-2t+5)1,324521t126t321tii)方法二:方法二:作用:突出信号变化部分作用:突出信号变化部分5积分积分1.3信号的运算信号的运算dttdf)(tdftf)()()()()(21tftftf0f(t)t4.微分微分 f(t)作用:使信号突变部分平滑作用:使信号突变部分平滑6信号相加信号相加0td
13、ttdf)(1.3信号的运算信号的运算)()()(21tftftf1212()()()Rf t ftd7信号相乘信号相乘常用在调制解调中常用在调制解调中8卷积卷积1212()()()()()f tf tf tff td9相关相关1.4阶跃信号与冲激信号信号000)(ttttr00000)(ttttttttrr(t)t1 1 奇异信号奇异信号1定义:含有不连续点(跳变点)或其导数与积分定义:含有不连续点(跳变点)或其导数与积分 有不连续点的信号称为奇异信号。有不连续点的信号称为奇异信号。2单位斜变:单位斜变:3延迟单位斜变:延迟单位斜变:tt0 t0+10r(t-t0)1 1.4阶跃信号和冲激信
14、号tkttrktf)()(1tttrktf0)()(24截平斜变:截平斜变:5三角脉冲:三角脉冲:k0 tf2(t)k0 tf1(t)1.4阶跃信号和冲激信号0010)(tttu21)0(udttdrtu)()(1u(t)0 t6单位阶跃单位阶跃定义:定义:t=0处:无定义或可定义为处:无定义或可定义为关系:关系:物理背景:物理背景:t=0时刻加入激励时刻加入激励作用:表示信号单边特性和窗特作用:表示信号单边特性和窗特性性r(t)t1 1 1.4阶跃信号和冲激信号05101520-1-0.500.51tsin(t)Heaviside(t)i)例例)(sin)(1ttutf-2-10123450
15、0.20.40.60.81texp(-t)(Heaviside(t)-Heaviside(t-3)ii)例例20()()()tf teu tu tt 1.4阶跃信号和冲激信号7延迟单位阶跃延迟单位阶跃00010)(ttttttu1t0tu(t-t0)8矩形脉冲矩形脉冲)()()(tututR()()22Gu tu t10 t)(tR1 0 t)(tG221.4阶跃信号和冲激信号9符号函数符号函数 00111)(2)sgn(tttut10t-1sgn(t)10单位冲激单位冲激物理背景:时间极短幅度极大现象的理想化物理背景:时间极短幅度极大现象的理想化极限定义方法:极限定义方法:)2()2(1li
16、m)(0tutut01()lim(1)()()ttu tu ti)矩形脉冲:矩形脉冲:ii)三角脉冲:三角脉冲:10t()t1.4阶跃信号和冲激信号tet21lim)(02)(01lim)(tet)(lim)(ktSaktk1)(0)(dttt0tiii)双边指数脉冲:双边指数脉冲:iv)钟型脉冲:钟型脉冲:v)抽样脉冲:抽样脉冲:狄拉克定义:狄拉克定义:1.4阶跃信号和冲激信号)()0()()(tftft)0()()(fdttft)()(tt ()()()()()()00t f t dtfdfdf )(00tfdttftt()()tdu t)()(ttudtd基本性质:基本性质:i)ii)抽
17、样特性:抽样特性:iii)偶函数:偶函数:证明:证明:iv)延时抽样延时抽样:v)关系关系:1.4阶跃信号和冲激信号理解:理解:2122)2(120)(tttttvc-+)(tvc)(ticF1Ci)阶跃电压作用在电容上将产生冲激电流阶跃电压作用在电容上将产生冲激电流ii)阶跃电流作用在电感上将产生冲激电压阶跃电流作用在电感上将产生冲激电压0dttdvticc)()(221t00t)(tic)(t0 t10220t1()cv t()cv t1.4阶跃信号和冲激信号dttdt)()(11冲激偶冲激偶定义:定义:21dttds)(21)(t010)(t t00 ts(t)0 t求导求导求导求导t
18、0 形成过程形成过程:0)(dtt)0()()(fdttft)()()(00tfdttftt性质性质i)ii)iii)练习例例1:绘图:绘图)()63()(2tueetftt解:解:3)(lim0tft0)(limtft2630)(2ttteeetf2ln t401230)(2ttteeetf2ln2 t83)2ln2(f 8024302 ttteeetf2ln3 ti);ii)令令iii)令令iv)令令 t 0 f(t)832ln2ln22ln33练习)()(tutetft解:解:0)(lim0tft0)(limtft100)(tteetftt200)(tteeetfttte121 t 0
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