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1、本章主要内容：本章将对本课程要用到的一些本章主要内容：本章将对本课程要用到的一些基本概念如信号与系统的模型，并对系统的模拟以基本概念如信号与系统的模型，并对系统的模拟以及线性时不变系统的各种分析方法作扼要的叙述，及线性时不变系统的各种分析方法作扼要的叙述，以便建立一个总轮廓，然后在以后的各章中分别讨以便建立一个总轮廓，然后在以后的各章中分别讨论论。第一章：信号与系统概述第一章：信号与系统概述1-1 信号及其分类信号及其分类1-2系统的描述系统的描述1-3 系统的分类系统的分类一、信号一、信号1、信息与信号、信息与信号 信号是反映信息的一种物理量，如电、光、声音、温度等等。信号是反映信息的一种物
2、理量，如电、光、声音、温度等等。根据反映信息的物理量不同，信号可分为光信号、电信号、声信号、根据反映信息的物理量不同，信号可分为光信号、电信号、声信号、位移信号、力信号位移信号、力信号等等。所以信号有多种形式，但不管信号的等等。所以信号有多种形式，但不管信号的形式如何，那都是外在的东西，信息才是它的内容，形式如何，那都是外在的东西，信息才是它的内容，是内在的东西，即是内在的东西，即: 信息是信息是内容内容 信号是信号是形式形式 我们的祖先在烽火台上聚火为号，是为传达有异族进犯的信息，我们的祖先在烽火台上聚火为号，是为传达有异族进犯的信息，从落叶知秋深，落叶是信号，秋深是信息。再以一场球赛实况为
3、例，从落叶知秋深，落叶是信号，秋深是信息。再以一场球赛实况为例，现场的体育记者用摄影机记录下比赛的实况，得到大量的图片，这现场的体育记者用摄影机记录下比赛的实况，得到大量的图片，这些图片就是人们需要知道的图像信息。为传送这些图像信息，需要些图片就是人们需要知道的图像信息。为传送这些图像信息，需要把它们转换成电信号，然后由卫星通信系统和电视广播系统传送给把它们转换成电信号，然后由卫星通信系统和电视广播系统传送给各地的观众。各地的观众。 由此可见，信号是信息的载体，二者共存，无信息的信号是噪由此可见，信号是信息的载体，二者共存，无信息的信号是噪声。声。引言引言而本课程讨论在电子学领域中的电系统。如
4、，一个稳压电源是一而本课程讨论在电子学领域中的电系统。如，一个稳压电源是一个系统，其中电路中的随时间变化的电压、电流是电信号。个系统，其中电路中的随时间变化的电压、电流是电信号。在无线电电子学领域中，常利用通信系统，控制系统和计算机系在无线电电子学领域中，常利用通信系统，控制系统和计算机系统进行信号的传输和处理工作。统进行信号的传输和处理工作。一个通信系统的主要组成部分发送设发送设备备transmitter接受接受设备设备receiver信息信息源源受信受信者者通信系统组成框图传输信道的形式：传输信道的形式：有线通信：有线通信：无线通信：无线通信： wireless communication
5、传输传输信道信道channal信号与系统分析可以完成以下工作信号与系统分析可以完成以下工作：1 系统分析系统分析analysis 分析特定的系统，来得到该分析特定的系统，来得到该系统对不同输入的响应。系统对不同输入的响应。 如电路分析如电路分析2 系统综合系统综合synthesis 设计一个特定的系统来通设计一个特定的系统来通过特定的方式处理信号。过特定的方式处理信号。 信号的增强，噪声抑制；信号的增强，噪声抑制； 系统作用于系统：反馈，放大系统。如对系统作用于系统：反馈，放大系统。如对信号进行编码等处理，以达到抗信号进行编码等处理，以达到抗干扰干扰可靠的传可靠的传输及提高安全性。输及提高安全
6、性。系统分析系统分析: 建立表征系统的建立表征系统的数学方程式数学方程式并并 求其解答求其解答系统的描述系统的求解信信号号与与系系统统的的分分析析系统的系统的描述方描述方法法输入输入-输输出法：出法：外部法外部法对给定的系统建立其激励与响应的直接关系。适于SISO系统。 Ch2，数学模型：常系数微分方程（连续） 常系数差分方程（离散）状态变状态变量法：量法：内部法内部法揭示系统内部结构，适于MIMO系统。状态变量：uC，iL 为系统内部变量数学模型： 1状态方程：激励与状态变量的关系 （一阶微分方程组） Ch8 2输出方程：响应与激励及状态变量 （代数方程）系统的系统的求解方求解方法法时域法：
7、时域法： f（t）：解微分方程 （组），差分方程 Ch2变换域变换域法：法：1付氏变换：f（t） F（w） Ch3,2拉氏变换：f（t）F（s） （连续） Ch53 Z变换：f（t）F（z） （离散） Ch6优点：将微分方程变为代数方程。Ch411 1 1信号及其分类信号及其分类信号的描述信号的描述bb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bb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bb形态上：信号表现为一种波形形态上：信号表现为一种波形自变量自变量bb时间、位移时间、位移bb周期、频率、幅度、相位周期、频率、幅度、相位一、信号的描述一
8、、信号的描述信号的基本形式是信号的基本形式是: ?: ?答答: : 随时间变化的电压或电流随时间变化的电压或电流. .信号常可以表示为时间的函数或序列信号常可以表示为时间的函数或序列,该函数的该函数的图像称为信号的波形图像称为信号的波形. . f f（t t），），f f（x x，y y，t t）空域空域信号的数学描述表达式周期= 2* pi相位= 0.5幅度= A对 阻 尼 振 荡 的 数 学 描 述一段鸟鸣的声音的时域波形 Time Domain鸟鸣在不同频率时的幅度分布频谱 Frequency Domain- spectrum图象携带信息特征图象携带信息特征轮廓轮廓Image Conto
9、urImage Contour波波 形形 的的 三三 维维 描描 述述 二二 信号的分类信号的分类b1.1.1 按照按照f(t)是否可预知分是否可预知分- 确定性信号与随机信确定性信号与随机信号号b确定性信号（确知信号或规则信号）确定性信号（确知信号或规则信号）: definitive signals可以表示为一个确定的时间函数或序列。可以表示为一个确定的时间函数或序列。可以预先知道其变化规律可以预先知道其变化规律描述是确定的描述是确定的。b 随机信号随机信号:不能预先知其变化规律不能预先知其变化规律描述不确定描述不确定 random 如：如：1 “携带携带”消息的信号在传输和处理的各个环节中
10、消息的信号在传输和处理的各个环节中不可避免地受到各种干扰和噪声的影响，使信号失真不可避免地受到各种干扰和噪声的影响，使信号失真（畸变），而这些干扰和噪声的具体情况是不完全确知（畸变），而这些干扰和噪声的具体情况是不完全确知的，是随机的。的，是随机的。 2 电网上的电压的波动量是随机的。电网上的电压的波动量是随机的。确知信号是一种科学的抽象，是研究随机信号的重要基确知信号是一种科学的抽象，是研究随机信号的重要基础，因此十分重要，本课只讨论确知信号。础，因此十分重要，本课只讨论确知信号。连续连续时间信号：在连续的时间范围内有定义。时间信号：在连续的时间范围内有定义。 函数的定义域函数的定义域时间是
11、连续的时间是连续的离散离散时间信号：在离散的瞬间才有定义。时间信号：在离散的瞬间才有定义。 函数的定义域函数的定义域时间是离散的时间是离散的A. A. 连续时间信号：连续时间信号：在连续的时间范围内有定义在连续的时间范围内有定义即：函数的定义域即：函数的定义域时间是连续的时间是连续的如：正弦函数如：正弦函数f(t)=Asin tb1.1.2 按按f(t)自变量是否连续分自变量是否连续分- 连续连续信号与离散信信号与离散信号号continuous signals and discrete signals离散信号可以是连续信号的抽样离散信号可以是连续信号的抽样T Ts s抽样周期，抽样周期，1/
12、1/ T Ts s抽样频率抽样频率, , n n为序号为序号.-序列值的集序列值的集合合B. B.离散时间信号：离散时间信号：在离散的瞬间才有定义的信号在离散的瞬间才有定义的信号即：函数的定义域即：函数的定义域时间是离散的时间是离散的离散离散信号是定义在一些离散的时刻，其余时间无定义信号是定义在一些离散的时刻，其余时间无定义nf(n)信号分类：连续，离散信号分类：连续，离散 连续时间信号连续时间信号 离散时间信号离散时间信号continuous-time signals discrete-time signals 周期信号：周期信号：按一定时间间隔重复变化的信号按一定时间间隔重复变化的信号连续
13、周期信号：连续周期信号：离散周期信号：离散周期信号：主值区间主值区间若周期信号若周期信号xp(n)在主值区间的序列为在主值区间的序列为x(n) ,则有则有Xp(n)X(n)nb1.1.3 周期周期信号与非周期信号信号与非周期信号periodic and aperiodic 周期信号周期信号xp(n)是是主值区间序列主值区间序列x(n)的周期延拓。的周期延拓。b1.1.4 能量信号能量信号与功率信号与功率信号energy and power signalsb设信号电压或电流为设信号电压或电流为f(t),则它在则它在1欧姆电阻上的瞬时功率欧姆电阻上的瞬时功率为为p(t)=|f(t)|2,在时间间隔
14、在时间间隔-TtT内消耗的能量为内消耗的能量为结论结论: : 1)01)0E E 0, f(t)-0, f(t)为为能量信号能量信号又称能量有限信号又称能量有限信号 2) 2)E-E- , , 00PP 时，时， 极值为零。极值为零。脉冲信号脉冲信号 1 (2) (4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)Homework 2 (1) (2)(3), 3, 4 (1) (2)(4) 5 (2) (3)(4), 6, 7 (1) (3) 9, 10 (1) (7)(8) 15 ,16 (1)(2)(3)(6) 17, 18 19 (1)(5)(6), 20(1)(4)(6)(8) 21, 22, 23(1), 24
