《信号处理初步》PPT课件.ppt
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1、第五章、数字信号处理技术,工程测试技术基础,本章学习要求:,1.了解信号模数转换和数模转换原理 2.掌握信号采样定理,能正确选择采样频率 3.了解数字信号处理中信号截断、能量泄露、栅栏效应等现象 4.掌握常用的数字信号处理方法,5.1 信号处理概述,第五章、信号处理技术,1、信号处理的目的提高信、噪比;从信号中提取有用的特征信号;修正测试系统的某些误差,如传感器的线性误差、温度影响等,2、信号分析和信号处理 信号分析研究信号的构成和特征值;信号处理研究的是把信号经过必要变换获取所需信息的过程。模拟信号处理系统由一系列能实现模拟运算的电路等组成数字信号处理是用数字方法处理信号。,5.1 数字信号
2、处理,第五章、数字信号处理技术,1、数字信号处理的主要研究内容,数字信号处理主要研究用数字序列来表示测试信号,并用数学公式和运算来对这些数字序列进行处理。其主要内容包括数字波形分析、幅值分析、频谱分析和数字滤波。,2、测试信号数字化处理的基本步骤,第五章、数字信号处理技术,信号预处理,包括,电压幅值调理,以便于采样;必要的滤波,以提高信噪比,并滤去信号中的高频噪声;隔离信号中的直流分量。如原信号经过调制,则应先进行解调。,A/D转换是模拟信号经采样、量化并转化为二进制数的过程。前提:截断长时间序列,有时对截取的数字序列需乘以窗函数以成为新的有限长序列;剔除数据中的奇异点;分离温飘、时飘等系统性
3、干扰引起的趋势项。,第五章、数字信号处理技术,采样利用采样脉冲序列p(t),从连续时间信号x(t)中抽取一系列离散样值,使之成为采样信号x(nTs)的过程,编码将离散幅值经过量化以后变为二进制数字的过程。经过编码之后,信号的每个采样值对应一组代码.,量化量化就是把采样取得的各点上的幅值与一组离散电平值比较,以最接近于采样幅值的电平值代替该幅值,并使每一个离散电平值对应一个数字量。若两相邻量化电平之间的增量为x,则量化误差最大为x/2.在量化过程中相邻量化电平之间的增量越小,误差越小。,5.2 模数(A/D),量化误差,2)A/D转换器的技术指标,5.2 模数(A/D)和数模(D/A),(1)分
4、辨率;用输出二进制数码的位数表示。位数越多,量化误差越小,分辨力越高。常用有8位、10位、12位、16位等。(2)转换精度;转换精度=量程/(AD转换器的分辨力*0.5)(3)转换速度;指完成一次转换所用的时间,如:100ms(10Hz);10us(100kHz)(4)模拟信号的输入范围;如,5V,+/-5V,10V,+/-10V等。,5.3 采样定理,第五章、数字信号处理技术,1 采样信号的频谱,采样过程是将采样脉冲序列p(t)与信号x(t)相乘,时距Ts称为采样间隔,1/Ts=fs称为采样频率。p(t)的傅立叶变换p()也是周期脉冲序列,其频率间距为 fs=1/Ts,信号中心落在p()脉冲
5、序列的频率点上,2.频混现象,5.3 采样定理,混叠必定出现在f=fs/2左右两侧的频率处。,采样频率太低,平移1/Ts 过小,那么移至各采样脉冲所在处的频谱X(f)就有一部分相互交叠,新合成的X(f)*S(f)与原S(f)不一致。,fm,fm fs/2 fs,fm fs/2 fs,采样频率,5.3 采样定理,采样频率高,对定长的时间记录来说其数字序列就很长;如果数字序列一定,则只能处理很短的时间历程;采样频率低,则可能丢掉有用的信息。,3.采样定理,5.3 采样定理,为保证采样后信号能真实地保留原始模拟信号信息,信号采样频率必须至少为原信号中最高频率成分的2倍。这是采样的基本法则,称为采样定
6、理。,fs2fmax,如果一个信号的频谱具有无限的带宽,则不论如何选择采样频率fS,频混误差都不可避免。在采样之前先用低通滤波器滤去高频噪声,这种低通滤波器称为抗混淆滤波器。工程实际中,抗混叠滤波器不可能有理想的截止特性,在其截止频率fc之后总有一定的过渡带,采样频率通常大于信号中最高频率成分的34倍。,5.3 采样定理,A/D采样前的抗混迭滤波:,抗混淆滤波器的带宽为fS,中心频率为0。,5.4 信号的截断、能量泄漏,第五章、数字信号处理技术,为便于数学处理,通常对截断的信号做周期延拓,得到虚拟的无限长的信号。,当运用计算机进行测试信号处理时,不可能对无限长的信号进行测量和运算,而是取其有限
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