信号与系统》课程讲义.ppt

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 86413621-813Email:wg_,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,，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,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、DFT 5. 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、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,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（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)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（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