信号与系统讲义

《信号与系统讲义》由会员分享，可在线阅读，更多相关《信号与系统讲义（126页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、2018/9/16,1,信号与系统,授课人：吴骏 电话：13502094093 电子邮箱： 答疑时间：周四、周五下午 答疑地点：B519,校级优秀课程,2018/9/16,2,课程介绍 学什么？,学什么？ (1)主要研究内容： 信号与线性时不变系统理论的基本概念和基本分析方法。,信号理论包括：信号分析、信号传输、信号处理和信号综合。 系统理论包括：系统分析与系统综合 系统分析：研究在给定系统的条件下，系统对于输入激励信号所产生的输出响应。 系统综合：按某种需要先提出对于给定激励的响应，而后根据此要求设计系统。学习分析是学习综合的基础。,3,2018/9/16,(2)主要研究的问题：已知线性时不

2、变系统的结构和参数、系统激励（输入信号），求系统响应（输出信号），主要研究单输入单输出问题。,课程介绍 学什么？,2018/9/16,4,(3)研究方法：(a) 时域分析：时间变量函数(b) 变换域分析：变换域变量函数频域（针对连续系统，傅里叶变换）复频域（针对连续系统，拉普拉斯变换）z域（针对离散系统，z变换）,课程介绍 学什么？,5,2018/9/16,先修课程： 高等数学、线性代数、复变函数、电路等 后续课程： 数字信号处理、通信原理、通信电路、图像处理、微波技术等,本课程内容概括为： 1个问题（求系统对激励的响应） 2类系统（连续系统、离散系统） 3个变换（傅里叶变换、拉普拉斯变换、z

3、变换）,课程介绍 学什么？,6,2018/9/16,为什么要学？（重要性） (1) 重要学科 应用领域广泛、并且迅速拓展。,计算机技术,自动化,电气工程,非电类:,社科领域：,电 类,机械、热力、光学、生物医学、地球物理学等,股市分析、人口统计等,课程介绍 为什么学,电子信息,光电科学,(2) 重要课程 众多电类专业的专业基础课 ； 研究生入学考试的一门重要课程。,2018/9/16,7,课程介绍 怎么学,怎么学？（学习方法） 针对本课程的特点 ，采用相应的学习方法： 系统性强 课程体系架构：先信号、后系统先时域、后变换域先连续、后离散理论性强 应用性强,对照地学习,勤动手，多动脑,理论联系实

4、际,2018/9/16,8,教材、参考书,9,2018/9/16,第一章 信号与系统,第二章 连续系统的时域分析,第四章 傅里叶变换和 系统的频域分析,第八章 系统的状态变量分析,基本概念引导 核心内容,拓宽加深部分,教材内容纲要,第三章 离散系统的时域分析,第五章 连续系统的s域分析,第六章 离散系统的z域分析,第七章 系统函数,2018/9/16,10,考核办法,平时成绩： 10%(作业) 10%(考勤缺勤超过1/3者不允许考试) 实验环节：10%(5次实验) 期末考试：70%(闭卷考试) 期末考试不及格，则考核结果为不及格,2018/9/16,11,第一章 信号与系统,12,2018/9

5、/16,1.1 绪言 信号的定义系统的定义信号与系统的关系 1.2 信号的分类 1.3 信号的基本运算* 1.4 常用的基本信号* 1.5 信号的分解* 1.6 系统的描述 1.7 系统的特性和分析方法*,本章主要内容,13,2018/9/16,本章主要内容,难点：信号的自变量变换；连续时间信号的微分与积分运算；冲激函数的筛选特性和取样特性；信号分解为冲激函数或脉冲序列的线性组合；系统的线性、时不变性判断。,14,2018/9/16,信号与系统“无处不在”手机、计算机、通信网、计算机网 声音、图像、文字,1.1 绪言,系统,信号,15,2018/9/16,1.1 绪言 信号的定义,信号(sig

6、nal)： 随时间变化或空间变化的物理量。 按物理属性分：电信号和非电信号。 电信号优点： 通常是随时间变化的电压或电流。容易产生，便于控制、处理，传送速率快，易于与非电信号相互转换。,描述信号的基本方法： (1) 数学表达式，此表达式是时间的函数； (2) 函数的图形，称为信号的波形。 在任何情况下，信号值都与它的瞬时幅度相对应。,16,2018/9/16,语音信号 “你好” 的波形,1.1 绪言 信号举例,语音信号：空气压力随时间变化的函数。,17,2018/9/16,1.1 绪言 信号举例,灰度图像：亮度随空间位置变化的信号f (x,y),18,2018/9/16,彩色图像： 三基色红(

7、R)、绿(G)、蓝(B)随空间位置变化的信号,1.1 绪言 信号举例,19,2018/9/16,一般说来，系统是由若干相互作用和相互依赖的事物组合而成的具有特定功能的整体。,1.1 绪言 系统的定义,20,2018/9/16,系统的基本作用： 是对输入信号进行加工和处理，将其转换为所需要的输出信号，或对输入信号进行传输。 系统在外加信号作用下将发生某种反应，外加信号称为系统的输入或激励，相应的反应称为系统的输出或响应。 系统之间通过信号来联系，信号在系统之间和系统内部流动。,1.1 绪言 系统的定义,系统,输入,输出,激励,响应,21,2018/9/16,信号与系统是相互依存的整体。,1. 信

8、号必定是由系统产生、发送、传输与接收， 离开系统没有孤立存在的信号；,2. 系统的重要功能就是对信号进行加工、变换与 处理，没有信号的系统就没有存在的意义。,1.1 绪言 信号与系统的关系,22,2018/9/16,1. 通常把系统看成比电路更为复杂、规模 更大的组合,2. 处理问题的观点不同：,电路：着重在电路中各支路或回路的电流及 各节点的电压上,系统：着重在输入输出之间的关系上，即系统能实现何种功能。,1.1 绪言 系统与电路的关系,23,2018/9/16,1.2 信号的分类 确定信号与随机信号,1. 确定信号 与 随机信号,确定信号 能够以确定的时间函数表示的信号。例,随机信号 也称

9、为不确定信号，不是时间的确定函数。例,信号的分类,24,2018/9/16,2. 连续信号 与 离散信号,连续信号： 在观测过程的连续时间范围内信号有确 定的值。允许在其时间定义域上存在有限个间断点。 通常以f (t)表示。例,模拟信号：如果连续信号在任意时刻的取值是连续的。,离散信号：信号仅在规定的离散时刻有定义。 通常以f (k)或f k表示。例,数字信号：取值为离散的离散信号。,1.2 信号的分类 连续信号与离散信号,25,2018/9/16,连续时间信号的图形表示波形,1.2 信号的分类 连续信号与离散信号,离散时间信号（又称序列） 的图形表示,序列的列表表示,表示k=0的位置,26,

10、2018/9/16,O,t,1.2 信号的分类 连续信号与离散信号,离散信号可通过对连续信号抽样 f (k)=f(kT) 产生,27,2018/9/16,1.2 信号的分类 周期信号与非周期信号,3. 周期信号 和 非周期信号定义在(-，)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，是周期信号。,28,2018/9/16,1.2 信号的分类 周期信号与非周期信号,周期信号的周期,离散周期信号f(k)满足:,连续周期信号f(t)满足:,满足上述关系的最小正数T (或正整数N)称为该信号的基本周期。,29,2018/9/16,1.2 信号的分类 周期信号与非周期信号,离散正弦序列

11、其中 称为正弦序列的数字角频率(或角频率)，单位为rad。 周期序列，则有：可见，仅当 为有理数时，正弦序列才具有周期，其周期为,30,2018/9/16,例：判别下列各序列是否为周期性的，如果是，求其周期。,1.2 信号的分类 周期信号与非周期信号,解： 1.2.3.,31,2018/9/16,4. 能量信号 与 功率信号,能量信号： 0 W ，P = 0功率信号： W ，0 P ,归一化能量W 与 归一化功率P 的计算,连续信号,离散信号,1.2 信号的分类 能量信号与功率信号,32,2018/9/16,1.2 信号的分类 能量信号与功率信号,功率信号 or 能量信号？,注意: 一个信号可以既不是能量信号也不是功率信号（如指数类信号和线性信号），但不可能既是能 量信号又是功率信号。,直流信号、周期信号都是功率信号。 幅度有限的时限信号、各类瞬变信号都是能量信号。,33,2018/9/16,1.3 信号的基本运算,相加、相乘 平移 反转 尺度变换 微分、积分 (差分、求和),信号间的运算,信号自变量的变换,信号自身的变换,34,2018/9/16,1.3 信号的基本运算 相加和相乘,