信号和信号处理的基本概念.ppt

1、1.1信号的基本概念1.2信号的分类1.3信号的采集1.4信号的描述1.5工程信号处理系统的基本组成和功能1.6系统和系统分析方法，信号和信号处理的基本概念，1。测试、信息和信号测试：具有实验性质的测量测试：用于探索和理解未知事物的过程测量：用于确定被测对象大小的实验过程信息：信息、智能或知识、事物的运动状态或模式信号：传输信息的载体通过信号传播获得知识，1.1信号的基本概念，信号：传输物理系统的状态或信息的功能随时间和空间而变化。一维、二维、多维单值和多值电信号一般指随时间变化的电压或电流，也可以是电容器的电荷、线圈的磁通量和空间电磁波等。原始信号是非电物理量，如声波、机械振动位移、速度和加

2、速度、应力、力矩等。通常被转换成电信号进行传输和处理。特征：单值、一维、时间函数、动态(与频率相关、非常数值)；2.信号测试和处理系统的一般组成部分是传感器、信号调理、记录和存储、信号处理、显示和打印输出。动态信号分析的发展动态信号分析的三个发展阶段时域分析-频域分析-信号处理方法的改进和新信号处理方法的发展频谱校正理论时频分析的各种分析方法多参数测量系统的发展计算机辅助测试分析系统的广泛发展和应用，信号分析和处理的三个阶段，时域分析，频域分析，时频分析，单频谐波信号分析，自由衰减振动信号分析， 两个谐波信号叠加分析、多自由度衰减振动信号分析、单频调幅信号的STFT、单频调幅信号的维格纳-维尔

3、分布、BACK、动态信号和静态信号确定性信号和随机信号、能量信号和功率信号模拟信号和数字信号、1.2信号分类、动态信号和静态信号、动态信号：随时间变化的信号。 动态信号通常涉及频率、振幅和相位等因素，可分为确定性信号和随机信号。静态信号：不随时间变化的信号。静态信号通常是一个恒定值。有时，我们称之为随时间缓慢变化的信号(如温度、压力等)。)准稳态信号，并且准稳态信号的频率非常低。确定性信号和随机信号、动态信号分类、确定性信号、随机信号、周期信号、非周期信号、非平稳随机信号、平稳随机信号、准周期信号、瞬态信号、遍历信号、非遍历信号、确定性信号、if信号。其本质可以用确定的数学关系来描述，如正弦波

4、、方波和三角波。确定性信号可以分为周期性信号和非周期性信号。可以在一定时间后重复的周期信号包括具有单一频率的简单谐波信号和复杂周期信号。满足条件：在机械系统中，由旋转体不平衡引起的振动和齿轮啮合引起的振动通常是一种周期性振动。周期信号、单频周期信号曲线、多频周期信号曲线、非周期信号和非周期信号不具有时间周期特征。当t趋于无穷大时，周期信号变成非周期信号。非周期信号分为准周期信号和瞬态非周期信号。准周期信号：周期和非周期的边际情况是由有限周期但非公共倍数的信号混合产生的信号。有时人们把有规律的冲击衰减但没有严格相等的信号称为准周期信号。例如，在机械系统中，由齿轮的断齿、滚动轴承的疲劳剥落引起的振

5、动信号，以及在浇筑大型桥梁的钢筋混凝土结构时用于增加密实度的多个振动激励器的不同步引起的振动信号都是这样的信号。瞬时信号、爆炸能量的快速释放、炸弹攻击、地震等。电视、雷达和通信中的突发信号；机械振动中由冲击引起的自由衰减信号都是瞬态信号。旋转机械的加速和减速以及机床的喘振等信号也是瞬态信号。随机信号：不能用精确的数学表达式来描述的信号，t在任何时候的振幅、频率和相位都不能预先预测。随机信号包括平稳随机信号和非平稳随机信号。平稳随机信号是指在任何时刻t的幅度、频率和相位都是事先不可预测的，但具有统计规律并可以用统计规律进行分析的信号。非平稳随机信号没有统计特征。如果任何时间样本的统计特征能代表整

6、个时间历史，那么这种信号就是一个具有各种状态的随机信号。任何时间样本的统计特征都不能代表整个随机过程的统计特征，这是一个非遍历信号。能量信号：在分析区间(-，)，能量有限的信号称为能量信号。满足条件：矩形脉冲在区间(t1，t2)内，递减正弦波在区间(0)内，衰减指数为能量信号，能量信号和功率信号在区间(0)内，功率信号：能量在分析区间(-，)内不是有限的，但信号具有无限的能量。在这种情况下，研究信号的平均功率更有意义。功率信号满足以下条件：在间隔(t1，t2)中，信号的平均功率为0。显然，能量信号具有零平均功率，而功率信号具有无限能量。模拟信号：在连续时间范围内定义的信号，信号的幅度可以取连续

7、范围内的任何值，即具有连续时间和连续幅度的信号称为模拟信号。数学上，这种信号表示为连续变量的函数，也称为连续时间信号。数字信号：时间和幅度上的量化信号。数字信号总是可以用一系列数字来表示，每个数字都用一个有限的数字来表示。离散时间信号是一种典型的数字信号。信号拾取系统应特别注意以下两个问题：1 .拾取的信号没有失真：这是确保信号处理能够获得正确结果的先决条件。无失真通常意味着拾取信号的幅度在指定的频率范围内具有合适的动态范围，该范围不能太小而使信噪比太低或太大而不能超出该范围，并且相位不会因测试系统而改变，并且与原始信号不一致。2.一般来说，物理量转化为电量，最好以模拟或数字电压信号作为最终形

8、式，这有利于后续的信号处理。1.3信号采集、信号采集和处理流程框图、观测和测量对象、传感器和二次仪表、监控仪表、录音机、信号分析仪、计算机、打印机x-y记录仪、A/D、1.4信号描述、信号时域描述：信号以时间为自变量，信号的频率成分无法清晰揭示。周期方波的时域描述，BACK，信号的频域描述：信号由每个频率分量的幅度和相位来描述。通过光谱分析。周期方波可以用傅里叶级数展开：周期方波的描述，信号在时频域的描述：对于频率变化的瞬态信号，由不同时间的频谱组成三维谱图来描述信号。1.5工程信号处理系统的基本组成和功能，信号预处理，信号采集，数字信号处理器，显示记录，信号，X(t)，数据，信息，工程信号处

9、理系统的基本组成图，解调器输入放大器或衰减器抗混滤波器阻塞装置，预处理是在数字信号处理之前用模拟方法对信号进行处理，目的是将信号转换成适合数字处理的形式，以减轻数字处理的难度。预处理部分主要包括以下设备：1 .信号预处理、采样保持电路时基信号发生器触发系统控制器。现代模数转换器有独立的中央处理器和存储器；3.数字信号处理器是整个系统的核心，完成各种分析和计算。4.打印显示结果。2。信号采集：将预处理后的模拟信号转化为数字信号，其核心是模数转换器，它还包括以下几个部分：1.6系统和系统分析方法、系统概念、常用系统分析方法和其他系统分析方法。从信息获取、转换、传输和提取的角度出发，对信号分析和信号

10、通过线性系统和内容进行处理，将信号分析和系统理论有机结合。“系统”一词的本义是“根据某种关系组合起来的类似事物的整体”。在这里，它被定义为一个具有特定功能的整体，由几个相互作用、相互依存的事物组成，称为一个系统。根据不同的标准，系统可以大致分为以下几类：连续时间系统和离散时间系统，线性系统和非线性系统，时变系统和非时变系统，连续时间系统和离散时间系统，连续时间系统：输入和输出都是连续时间信号，数学模型可以用微分方程表示。离散时间系统：输入和输出为离散时间信号，数学模型可用差分方程表示。本质上，所有实际的物理系统都是连续时间系统，但是当使用计算机来解决系统问题和处理分析信号时，它们必须被离散化，

11、以便连续系统可以被转换成离散时间系统。线性系统和非线性系统，线性系统：满足叠加性和同质性的系统。线性系统具有叠加性、均匀性、频率保持性、叠加性、均匀性、X(t)、y(t)、N.x(t)、N.y(t)、频率保持性。输入是特定频率的简单谐波，输出必须是相同频率的简单谐波信号。已证明：y(。相反，如果系统参数随时间变化，它就是一个时变系统。如旋转机械的加速和减速过程、机床喘振等。常用的系统分析方法有时域分析法、频域分析法和其他变换域分析法，线性系统有以下两种关系式：(1)时域：h(t)线性系统的单位脉冲响应函数，(2)频域：H()，线性系统的传递函数(频率响应函数)，常数系统分析法，已知在多自由度线性系统中有n个独立的一输入n输出的微分方程。根据上述原理，对方程的左右两边同时进行傅里叶变换，变成n个线性方程，一个输入傅里叶变换，n个输出傅里叶变换，去掉中间