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1、/Institute of Electric and Mechanic EngineeringNorth China University of Technology1信号分析与处理信号分析与处理机电工程学院自动化系机电工程学院自动化系 教师教师：徐继宁徐继宁Email: 研究生课程研究生课程/Institute of Electric and Mechanic EngineeringNorth China University of Technology2信号是反映信号是反映（或载有或载有）信息的各种物理量信息的各种物理量，是系统是系统 直接进行加工直接进行加工、变换以实现通信的对象变换以实
2、现通信的对象。信号信号 自然和物理信号 例如：语音、图象、地震信号、生理信号等 人工产生的信号 例如：雷达信号、通讯信号、医用超声信号、机 械探伤信号等信号是信息的表现形式，信息则是信号的具体内容。/Institute of Electric and Mechanic EngineeringNorth China University of Technology举例举例：声音信号在各种媒质上的存储形式声音信号在各种媒质上的存储形式3/Institute of Electric and Mechanic EngineeringNorth China University of Technolog
3、y4信号分析信号分析 信号是信息的载体，为了有效地获取和利用信息，必须对 信号进行分析与处理。 信号分析最直接的意义在于从客观上认识信号和信号源 （如故障诊断）。/Institute of Electric and Mechanic EngineeringNorth China University of Technology5信号处理信号处理 信号处理是指对信号的加工和变换。即为了特定的目的， 通过一定的手段改造信号 降噪、调理、特征提取、辨识、控制 信号的分析和处理是互相相关的两个方面。信号分析是信 号处理的基础；它们共同的目的是充分地从信号中获取有 用信息并实现对它们的有效利用。/Ins
4、titute of Electric and Mechanic EngineeringNorth China University of TechnologyWhat is signal processing Representation Transformation Manipulation e.g. separate two or more signals or enhance some signal components Before 1960s : continuous-time analog technology6/Institute of Electric and Mechanic
5、 EngineeringNorth China University of Technology After 1960s, the driven force: Digital computers Microprocessor Fast Fourier Transform algorithm 1965, T.W.Coody , J.W.Tuky， Math.Computation Processing sequences of samples Also in SAW (surface acoustic wave) CCD (charge-coupled devices) .7/Institute
6、 of Electric and Mechanic EngineeringNorth China University of Technology8例如例如：电机、电子系统的故障分析和诊断，电力系统的微机保护、 谐波抑制等都是信号分析与处理技术的直接应用 在自动化领域，自动控制系统的控制信号是按控制策略 加工、变换并施加于控制对象的信号。 系统的建模，状态估计与滤波等也都是信号分析与处理的 实例。/Institute of Electric and Mechanic EngineeringNorth China University of Technology9Digital signal p
7、rocessing : additions, multiplications, delaying /Institute of Electric and Mechanic EngineeringNorth China University of TechnologyRealization Method Software -flexible, slowly Hardware - fast, small, no flexibility Hardware and Software - fast, flexible10/Institute of Electric and Mechanic Enginee
8、ringNorth China University of Technology11单片机和单片机和DSP的简单比较的简单比较/Institute of Electric and Mechanic EngineeringNorth China University of Technology自动控制自动控制 理论理论先进控制理论与技术先进控制理论与技术 系统辨识系统辨识、自适应控制等自适应控制等信号分析与信号分析与 处理处理高等数字信号处理高等数字信号处理 （包括包括图像信号处理图像信号处理） 现代信号处理现代信号处理系系统统信信号号本科生阶段本科生阶段研究生阶段研究生阶段/Institute
9、 of Electric and Mechanic EngineeringNorth China University of Technology13The course include: Basic concept of signal and signal processing Basic of discrete-time signal and system Discrete Fourier transfer and FFT Structure and designing of filter Signal processing methods Implementation with MatL
10、aB/Institute of Electric and Mechanic EngineeringNorth China University of Technology14参考书参考书数字信号处理数字信号处理丁玉美丁玉美西安电子科技大学出版社西安电子科技大学出版社 信号与系统分析基础信号与系统分析基础姜建国姜建国 等著等著 清华大学出版清华大学出版 数字信号处理教程数字信号处理教程程佩青程佩青清华大学出版社清华大学出版社Digital Signal Processing A Computer-based approach by Sanjit K. Mitra MIT网上公开课网上公开课 ht
11、tp:/www.myoops.org/cocw/Institute of Electric and Mechanic EngineeringNorth China University of Technology15引论 信号相关概念1 基本概念及典型信号 2 信号运算 3信号采样/Institute of Electric and Mechanic EngineeringNorth China University of Technology16 信号的概念信号的概念、描述描述、分类分类 信号处理的基本目的信号处理的基本目的、步骤步骤 典型信号介绍典型信号介绍1 基本概念/Institute
12、 of Electric and Mechanic EngineeringNorth China University of Technology17信号描述方法 数学描述数学描述 使用具体的数学表达式使用具体的数学表达式，把信号描述为一个或若干个把信号描述为一个或若干个 自变量的函数或序列的形式自变量的函数或序列的形式。 )sin()(ttf)()(nuanxn因此因此，常可将常可将“信号信号”与与“函数函数” 和和“序列序列”等同起来等同起来),(),( tyxLyxL/Institute of Electric and Mechanic EngineeringNorth China Un
13、iversity of Technology18Sa(t) 1-4 -3 -2 - 0 2 3 4 t信号描述方法 波形 / 图像描述 按照函数随自变量的变化关系，把信号的波形画出 来。tttSa)sin()(/Institute of Electric and Mechanic EngineeringNorth China University of Technology19信号的分类确定信号与随机信号区分方法区分方法：按确定性规律变化的信号 给定的自变量的值，是否可以唯一确定信号的 取值。确定性信号的特点确定性信号的特点： 1.严格的说严格的说，任何信号都不是确定性信号任何信号都不是确定性
14、信号。 2.可以用确定的解析式可以用确定的解析式， 或确定性曲线准确描述或确定性曲线准确描述 如如：x（t）sin（t） 3. 和确定性信号对应的是确定性系统和确定性信号对应的是确定性系统。/Institute of Electric and Mechanic EngineeringNorth China University of Technology20随机信号的特点随机信号的特点1.不能用确定的解析式描述不能用确定的解析式描述，用随机过程描述用随机过程描述。 2. 和随机信号对应的是随机系统和随机信号对应的是随机系统。 3.分析随机信号的性质分析随机信号的性质，可以用谱分析技术可以用谱分
15、析技术。/Institute of Electric and Mechanic EngineeringNorth China University of Technology21信号的分类时间连续信号与时间离散信号时间连续信号与时间离散信号信号的自变量是否在整个连续区间内都有定义信号的自变量是否在整个连续区间内都有定义？定义域连续定义域连续？NONO时间离散信号时间离散信号YESYES时间连续信号时间连续信号 模拟信号与数字信号模拟信号与数字信号通常被称为通常被称为“序列序列”模拟信号模拟信号的定义域和值域都有是连续的的定义域和值域都有是连续的；数字信号数字信号在定义域和值域都是离散的在定义域和值域都是离散的。计算机适合处理数字信号/Institute of Electric and Mechanic EngineeringNorth China University of Technology221.可以通过对连续信号的采样得到离散信号。2.也可以通过3.除了抽样信号以外，还有一类离散信号是现实生活中存在的， 比如： 人口的年出生率 DOW-JOHNS的股票指数连续时间信号和离散时间信号采样电路连续信号离散信号D/A变换保持电路离散信号连续信号A/D变换控制器控制对象抽样信号信号的分类/Institute of Electric and Mechanic Engineeri
