绪论1信号及运算.ppt

“信号与系统”课程是专门研究信息的载体信号和传输与加工信号的基础理论，是电子学科、通信学科、信号和信息分析与处理学科以及计算机网络通信等专业的技术基础课，它理论基础课程的地位已经越来越重要,因此可以作为通信、电子等专业研究生入学考试选考专业课程。,课程介绍,课程介绍,本课程的任务在于研究信号与系统理论的基本概念和基本分析方法。初步认识如何建立信号与系统的数学模型，经适当的数学分析求解，对所得结果给出物理解释、赋予物理意义。 先修课程：电路分析、高等数学、线性代数 后续课程：数字信号处理、控制理论、通信系统理论、网络理论等,教材及主要参考书,教材：信号与系统 郑君里 杨为理 应启珩编 高等教育出版社 （第二版） 信号与线性系统（高教出版社，第四版，管致中） 信号与系统 （Signals & Systems ） ALAN V.OPPENHEIM (奥本海姆) ALANS.WILLSKY (威尔斯基) 清华大学出版社（英文影印版）（第二版） （中译本）刘树棠 西安交通大学出版社 信号与系统教材配套学习辅导书 信号与系统分析及MATLAB实现 梁虹等编著 电子工业出版社,课程主要内容：,第一章 绪论 信号与系统的概念、分类、分析方法 第二章 连续时间系统的时域分析 第三章 傅立叶变换 第四章 拉氏变换（S域分析） 第五章 付里叶变换应用于通信系统-滤波、调 制与抽样 第七章 离散时间系统的时域分析 第八章 Z变换及Z域分析 第十二章 系统的状态变量分析,课程考核办法：,平时成绩：作业、考勤： 10 期中考试成绩、期末考试成绩：70 信号与系统实验：20 作业：按时交作业 实验：写好预习报告做实验,学习过程中应注意一下几个方面：,1.着重掌握信号与系统分析的物理含义，将数学概念、物理概念、及其工程概念结合。 2.注意提出问题，分析问题与解决问题的方法。 3.加强实践环节(学会用MATLAB进行信号分析)，通过上机训练，加深对物理含意的理解。,第一章 绪论 1.1信号与系统,一. 消息、信号,消息(Massage):消息是生活中直接接收到的一些内容，如语言,文字,图像和数据中包含的内容。,信号(Signal):信号是为了记录、描述和传输消息的任何物理状态，随时间变化的过程。也就是说：信号是消息的表现形式。消息是信号的具体内容。 我们通常所说的信号都是指电信号。也就是指随时间变化的电压或电流。,1.基本概念,2.信号的传输,人们寻求各种方法，以实现信号的传输。 （1）古代用烽火传送边疆警报，这是最原始的光通信系统。 （2）利用击鼓鸣金报送时刻或传达命令，这是最早的声信号的传输。 （3）19世纪初，人们开始研究利用电信号传送消息。1837年莫尔斯（F.B.Morse)发明了电报，采用点、划、空组合的代码表示字母和数字，这种代码称为莫尔斯电码。 1876年贝尔(A.G.Bell)发明了电话，直接将声信号（语音）转变为电信号沿导线传送。,（）世纪末，人们研究用电磁波传送无线电信号。赫兹（.Hertz）、波波夫、马可尼等作出贡献。1901年马可尼成功地实现了横渡大西洋的无线电通信。 （5）光纤通信,几个典型的先进数字通信系统：,a.以卫星通信技术为基础“全球定位系统（Global Positioning System, 缩写为GPS）用无线电信号的传输，测定地球表面和周围空间任意目标的位置，其精度可达数十米内（20米）。（欧洲的“伽利略”计划已经将免费使用的信号精度达提高到6米，定制加密信号会得到精度更高的信号） b.个人通信技术：无论任何人在任何时候和任何地方都能够和世界上其他人进行通信。 c.“全球通信网”是信息网络技术的发展必然趋势。它意味着世界上的所有通信网将形成智能化的统一整体，即全球一网。（电视、电话、计算机网络三网合一）,3.信号的交换,现代通信的通信方式不是任意两点之间信号的直接传输，而是要利用某些集中转接设施组成复杂的信息网络，即经“交换”的功能以实现任意两点之间的传输。 交换是现在通信网中的关键技术 硬件交换和软件交换 IPV6通信协议,4.信号的处理,信号处理指的是对信号进行某种加工或变换。 其目的是：削弱信号中的多余内容；滤除混杂的噪声和干扰；或者将信号变换成容易分析与识别的形式，便于估计和选择它的特征参量。 信号处理的应用已遍及许多科学技术领域。 （1）从宇宙探测器发来的图像信号可能被淹没在噪声之中，可利用信号处理技术予以增强，在地球上得到清晰的图像。 （2）石油勘探、地震测量以及核试验监测中所得数据的分析都依赖于信号处理技术的应用。 （3）心电图、脑电图分析、语音识别与合成、图像数据压缩、工业生产自动控制以及经济形势预测（股票分析）等各领域广泛应用。,二、系统,1.系统的概念 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。 通常，利用通信系统、控制系统和计算机系统进行信号的传输、交换与处理。实际上，往往需要将多种系统共同组成一个综合性的复杂整体。如宇宙航行系统。 系统可分为物理系统与非物理系统，人工系统以及自然系统。,2.电路,电路是构成系统的组成部分，系统的主要部 件中都包含大量的，多种类型的电路 电路也称为电网络或网络,3.信号、电路（网络）与系统的关系,信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； 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, 系统的存在就没有意义。 有时认为系统是比电路更复杂、规模更大的组合体。 系统与电路二词的主要差异在于：观察事物的着眼点或处理问题的角度方面。系统问题注意全局，而电路问题则关心局部。,1.2信号的描述、分类和典型示例,1.信号的描述 信号一般可表示为一个或多个变量的函数。即描述信号的基本方法是写出它的数学表达式。所以通常把信号与函数两名词通用。 2.信号的分类 （1）按实际用途：电视，雷达，控制，载波，广播，通信.,（2）按信号随时间变化的规律：随机信号、确定信号,确定信号是指能够以确定的时间函数表示的信号。 随机信号也称为不确定信号，不是时间的确定函数。,（3）按自变量t的取值特点： 连续时间信号：时间的取值是连续的，用全体实数描写时间。 离散时间信号：时间的取值是离散的，用特定的整数(实数)描写时间。 抽样信号和数字信号,（4）按重复性:周期，非周期 （5）按能量:能量信号和功率信号 （6）一维信号与多维信号,信号可以表示为一个或多个变量的函数。 语音信号可表示为声压随时间变化的函数，这是一维信号。 一张黑白图像每个点（像素）具有不同的光强度，任一点又是二维平面坐标中两个变量的函数，这是二维信号。 实际上，还可能出现更多维数变量的信号。如电磁波在三维空间传播，如再考虑时间变量就构成四维信号。,3.典型的连续时间信号,信号将随时间而增长,信号将随时间而衰减；,信号不随时间而变化，为直流信号,（对时间的微、积分仍是同频率正弦）,正弦信号是周期信号，其周期T与角频率w 和频率f满足下列关系式：,（2）正弦信号：,实部、虚部都为正（余）弦信号，指数因子实部表征实部与虚部的正、余弦信号的振幅随时间变化的情况，表示信号随角频率变化的情况。,Sa(t)具有以下性质：,（高斯函数）,钟形信号在随机信号分析中占有重要地位。,1.3 信号的运算（波形变换）,一、位移、反褶与尺度变换,位移,波形向右平移t0,波形向左平移t0,位移,反褶,尺度变换,尺度变换,a1波形扩展,波形变换：平移、尺度变换、反褶,二、微分和积分,三、两信号相加或相乘,标量相乘：改变波形幅度,标量相乘只改变波形幅度，波形“