《信号与系统》课程讲义.ppt

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1、信号与系统,Signals and Systems哈尔滨工业大学自动化测试与控制系,联系方式,魏国（教授、博导）电机楼30035-7室86413621-813,课程学习要求,严格遵守上课纪律（随机抽查3次旷课或6次迟到、早退取消考试资格）认真完成课后作业（作业缺1/3取消考试资格）积极完成实验教学内容（实验缺1/3取消考试资格）,主要讲述章节,第1章 第2章 第3章 第4章第5章 第6.2、6.3、6.4小节第7章 第8章 第12章,参考文献,http:/，电气工程及自动化学院-课程建设-信号与系统讲义Alanv.Oppenheim（刘树棠 译）.信号与系统，西安交通大学出版社王宝祥.信号与系

2、统.哈尔滨工业大学出版社陆哲明，赵春晖，孙圣和.信号与系统学习与考研指导.科学出版社,学习目的和意义,后续课程(通信、控制和数字信号处理)基础实际工程(IT行业，股票分析、医学，航天航空，地质)基础应用基础研究(图像处理、语音处理、数据挖掘)先导课程考研：专业基础课，复试课程,第一章 绪论,本章主要研究内容：信号与系统研究内容 信号描述与信号运算 信号分解,1.1 信号与系统研究内容,一、信号1.概念消息、信号、信息、函数/图像 Message Signal Information Function 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:消息的运载工具和表现形式消息传递

3、方式的历史 光信号，声信号，电信号，现代：GPS，网络信号：信号传输、信号交换、信号处理,1.1 信号与系统研究内容,2.分类信号函数表达式确定性 确定信号：能表示成时间确定函数，用在控制系统中 随机信号：不能表示成时间确定函数，只能知道其概率分布，用在通信系统中周期性 周期信号：非周期信号：伪随机信号：T 很大的周期信号 混沌信号(Chaos Signal),1.1 信号与系统研究内容,时间函数取值连续性,1.1 信号与系统研究内容,例1：判断信号类型（习题1-1）,连续时间信号模拟信号,连续时间信号离散幅度,1.1 信号与系统研究内容,例1：判断信号类型（习题1-1）,离散时间信号数字信号

4、,离散时间信号抽样信号,1.1 信号与系统研究内容,例1：判断信号类型（习题1-1）,离散时间信号数字信号,离散时间信号数字信号,1.1 信号与系统研究内容,自变量个数,1.1 信号与系统研究内容,信号的能量和功率特性,能量为有限值,功率为有限值,*周期信号？*有限时间内信号？*非周期信号？*实际应用中信号？,1.1 信号与系统研究内容,调制系统中,1.1 信号与系统研究内容,3.信号分析：信号描述、运算、分解、频谱分析、相 关分析、信号检测4.信号变换(源自信号的正交分解)：傅氏变换、拉氏变换、Z变换、DTFT、DFT5.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、

5、增强、分割 6.信号传输：媒质光纤、电话、电报、网络；涉及编码、调制、解调、解码；关心保密性、有效性、可靠性7.信号交换：如电子数据交换、程控交换机等8.信号检测：信号分析重要分支,二、系统 1.概念 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 系统、电路（网络）i)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 广义系统分类 物理、非物理；自然、人工,1.1 信号与系统研究内容,利用系统完成信号的传输、交换和处理,1.1 信号与系统研究内容,2.信号与系统关系：相辅相成 离开信号，系统无存在必要 信号必须通过系统得以传输和处理,1.1 信号与系统研究内容,

6、1.1 信号与系统研究内容,1.1 信号与系统研究内容,因果信号：t=0时接入系统的信号（有始信号）,1.1 信号与系统研究内容,i)线性时不变：线性常系数微分方程,ii)线性时变：变参数线性微分方程,iv)非线性时变：变参数非线性微分方程,iii)非线性时不变：非线性常系数微分方程,1.1 信号与系统研究内容,4.线性时不变系统（Linear Time Invariant，LTI）,1.1 信号与系统研究内容,满足叠加性：满足均匀性：满足时不变特性：,线性时不变系统(LTI)系统,若起始状态非0，必须将外加激励与起始状态的作用分别处理，才满足叠加性和均匀性,1.1 信号与系统研究内容,满足微

7、（积）分特性：因果特性：若 不存在激励，且 起始状态为0，则线性常系数微分方程描述的系统满足因果性，即：线性时不变系统未必就满足因果性,1.1 信号与系统研究内容,例2：判断系统特性(线性、时不变、因果、稳定),ii)时不变:,i)线性:,1.1 信号与系统研究内容,iv)稳定：,i)线性：,1.1 信号与系统研究内容,ii)时变：,1.1 信号与系统研究内容,iii)非因果：,iV)稳定：,时刻输出由 时刻输入决定,1.1 信号与系统研究内容,ii)时变:,i)线性:,iii)因果:,iv)稳定:,1.1 信号与系统研究内容,i)非线性:,ii)时不变:,1.1 信号与系统研究内容,iii)

8、因果:,iv)稳定:,1.1 信号与系统研究内容,5.系统分析：已知e(t)和系统求响应r(t),1.1 信号与系统研究内容,方法i)描述方法：输入输出描述法、状态变量描述法 ii)求解方法：时域(经典、卷积、数值)变换域(频域、复频域、z域、FFT)非线性方法(人工神经网、遗传算法、模糊理论),步骤i)建立数学模型：用框图或数学表达式描述ii)求解数学模型：已知数学模型和输入激励,i)相加 ii)倍乘 iii)积分,框图中三种基本单元,1.1 信号与系统研究内容,1.1 信号与系统研究内容,根据微分方程画框图规则,第一种情况：右端只包含输入本身,*移项（最高阶导数项左边，其余右边）*积分器（

9、最高阶导数项作为第一个积分器输入，积分器个数等于方程阶次）*标量乘法器*相加,1.1 信号与系统研究内容,第二种情况：右端包含输入及其高阶导数,引入辅助函数q(t)，使满足,得：,则：,1.1 信号与系统研究内容,例3：根据图写微分方程或根据微分方程画框图,1.1 信号与系统研究内容,1.1 信号与系统研究内容,解：令,1.1 信号与系统研究内容,1.1 信号与系统研究内容,6.系统综合已知激励和响应，求系统关系：分析是综合的基础,1.1 信号与系统研究内容,7.系统工程学：利用系统理论设计和优化系统工程,作业1-2(1),(3),(5)1-31-191-20(1),(3),(5),(7)1-21;1-23,1.1 信号与系统研究内容,