数字信号处理技术1.ppt

第六章、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,6.1 数字信号处理概述,第六章、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,6.1 数字信号处理概述,3、数字信号处理的优势,1)用数学计算和计算机显示代替复杂的电路和机械结构,6.1 数字信号处理概述,b)灵活、方便的计算机虚拟仪器开发系统,6.1 数字信号处理概述,案例：铁路机车FSK信号检测与分析,京广线计划提速到200公里/小时,合作任务：机车状态信号识别(频率解调),虚拟仪器设计方案,6.2 模数(A/D)和数模(D/A),第六章、数字信号处理技术,1、A/D转换,1) A/D转换过程,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。,2) A/D转换器的技术指标,6.2 模数(A/D)和数模(D/A),(1) 分辨率; 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。,2、D/A转换过程和原理,6.2 模数(A/D)和数模(D/A),1) D/A转换过程,D/A转换器是把数字信号转换为电压或电流信号的装置。,A/D、D/A转换过程中的量化误差实验：,6.2 模数(A/D)和数模(D/A),6.3 采样定理,第六章、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)相乘来,2.频混现象,6.3 采样定理,频域解释,3.采样定理,6.3 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，称为采样定理。,fs2fmax,需要注意的是，在对信号进行采样时，满足了采样定理，只能保证不发生频率混叠，只能保证对信号的频谱作逆傅立叶变换时，可以完全变换为原时域采样信号xs(t)，而不能保证此时的采样信号能真实地反映原信号x(t)。工程实际中采样频率通常大于信号中最高频率成分的3到5倍。,6.3 采样定理,频混现象实验：,6.3 采样定理,频混计算：,正常,混迭频率=Fs-信号频率,6.3 采样定理,A/D采样前的抗混迭滤波：,计算机,显示,6.3 采样定理,6.4 信号的截断、能量泄漏,第六章、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，而是取其有限的时间片段进行分析，这个信号截取过程成为信号的截断。,6.4 信号的截断、能量泄漏,周期延拓后的信号与真实信号是不同的，下面我们就从数学的角度来看这种处理带来的误差情况。,设有余弦信号x(t), 用矩形窗函数w(t)与其相乘，得到截断信号: y(t) =x(t)w(t),将截断信号谱 XT()与原始信号谱X()相比较可知，它已