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教材:信号与线性系统分析 (第4版)主编:吴大正 高等教育出版社。参考书 :信号与线性系统 阎鸿森等编 西安交通大学出版社信号与系统 郑君里等编 人民教育出版社 课时:68学时 成绩:平时成绩占20-30%(含作业和期中考试);期末考试占7080%。作业:习题册的全部习题,信号与系统课程说明,第一章 信号与系统,1.1 绪 言,1.5 系统的描述,点击目录,进入相关章节,1.6 系统的特性和分析方法,1.2 信号,1.3 信号的基本运算,1.4 阶跃函数和冲激函数,第一章 信号与系统,1-1绪论,什么是信号?什么是系统?为什么把这两个概念连在一起?,一、信号的概念,1. 消息(message):,人们常常把来自外界的各种报道统称为消息。,2. 信息(information):,通常把消息中有意义的内容称为信息。 本课程中对“信息”和“消息”两词不加严格区分。,它是信息论中的一个术语。,1.1 绪论,3. 信号(signal):,信号是信息的载体。通过信号传递信息。,信号我们并不陌生,如刚才铃声声信号,表示该上课了;十字路口的红绿灯光信号,指挥交通;电视机天线接受的电视信息电信号;广告牌上的文字、图象信号等等。,为了有效地传播和利用信息,常常需要将信息转换成便于传输和处理的信号。,1-1绪论,二、系统的概念,一般而言,系统(system)是指若干相互关联的事物组合而成具有特定功能的整体。,如手机、电视机、通信网、计算机网等都可以看成系统。它们所传送的语音、音乐、图象、文字等都可以看成信号。信号的概念与系统的概念常常紧密地联系在一起。,信号的产生、传输和处理需要一定的装置,这种装置常称为系统。,系统的基本作用是对输入信号进行加工和处理,将其转换为所需要的输出信号。,输入信号,激励,输出信号,响应,1-1绪论,第一章 信号与系统,一、信号的描述,信号是信息的一种物理体现。它一般是随时间或位置变化的物理量。,信号按物理属性分:电信号和非电信号。它们可以相互转换。电信号容易产生,便于控制,易于处理,应用十分广泛。本课程侧重讨论电信号-简称“信号”。,电信号的基本形式:随时间变化的电压或电流。,描述信号的常用方法:(1)表示为时间的函数(2)信号的图形表示-波形 “信号”与“函数”两词常相互通用。,1.2 信号,1-2 信号,二、信号的分类,1. 确定信号和随机信号,可以用确定时间函数表示的信号,称为确定信号或规则信号。如正弦信号。若信号不能用确切的函数描述,它在任意时刻的取值都具有不确定性,只可能知道它的统计特性,如在某时刻取某一数值的概率,这类信号称为随机信号或不确定信号。电子系统中的起伏热噪声、雷电干扰信号就是两种典型的随机信号。 研究确定信号是研究随机信号的基础。本课程只讨论确定信号。,1-2 信号,2. 连续信号和离散信号,根据信号定义域的特点可分为连续时间信号和离散时间信号。,在连续的时间范围内(-t)有定义的信号称为连续时间信号,简称连续信号。有时也称为模拟信号。这里的“连续”指函数的定义域时间是连续的,但可含间断点,至于值域可连续也可不连续。,值域连续,值域不连续,(1)连续时间信号:,1-2 信号,仅在一些离散的瞬间才有定义的信号称为离散时间信号,简称离散信号。有时也称为数字信号。这里的“离散”指信号的定义域时间是离散的,它只在某些规定的离散瞬间给出函数值,其余时间无定义。,如右图的f(t)仅在一些离散时刻tk(k = 0,1,2,)才有定义,其余时间无定义。相邻离散点的间隔Tk=tk+1-tk可以相等也可不等。通常取等间隔T,离散信号可表示为f(kT),简写为f(k),这种等间隔的离散信号也常称为序列。其中k称为序号。,(2)离散时间信号:,1-2 信号,上述离散信号可简化为,用表达式可写为,或写为,通常将对应某序号m的序列值称为第m个样点的“样值”。,1-2 信号,在工程应用中:,把幅值可连续取值的连续信号称为模拟信号;,把幅值可连续取值的离散信号称为抽样信号;,把幅值只能取某些规定数值的离散信号称为数字信号;,1-2 信号,3. 周期信号和非周期信号,周期信号(period signal)是定义在(-,)区间,每隔一定时间T (或整数N),按相同规律重复变化的信号。,连续周期信号f(t)满足f(t) = f(t + mT),m = 0,1,2,离散周期信号f(k)满足f(k) = f(k + mN),m = 0,1,2,满足上述关系的最小T(或整数N)称为该信号的周期。,不具有周期性的信号称为非周期信号。,1-2 信号,例1 判断下列信号是否为周期信号,若是,确定其周期。 (1)f1(t) = sin2t + cos3t (2)f2(t) = cos2t + sint,解:两个周期信号x(t),y(t)的周期分别为T1和T2,若其周期之比T1/T2为有理数,则其和信号x(t)+y(t)仍然是周期信号,其周期为T1和T2的最小公倍数。 (1)sin2t是周期信号,其角频率和周期分别为1= 2 rad/s , T1= 2/ 1= scos3t是周期信号,其角频率和周期分别为2= 3 rad/s , T2= 2/ 2= (2/3) s 由于T1/T2= 3/2为有理数,故f1(t)为周期信号,其周期为T1和T2的最小公倍数2。 (2) cos2t 和sint的周期分别为T1= s, T2= 2 s,由于T1/T2为无理数,故f2(t)为非周期信号。,1-2 信号,例2 判断正弦序列f(k) = sin(k)是否为周期信号,若是,确定其周期。,解 :,式中称为正弦序列的数字角频率,单位:rad。 由上式可见: 当2/ 为整数时,正弦序列具有周期N = 2/ 。 当2/ 为有理数时,正弦序列仍为具有周期性,但其周期为N= M(2/ ),M取使N为整数的最小整数。 当2/ 为无理数时,正弦序列为非周期序列。,1-2 信号,例3 判断下列序列是否为周期信号,若是,确定其周期。 (1)f1(k) = sin(3k/4) + cos(0.5k) (2)f2(k) = sin(2k),解 (1)sin(3k/4) 和cos(0.5k)的数字角频率分别为1 = 3/4 rad, 2 = 0.5 rad 由于2/ 1 = 8/3, 2/ 2 = 4为有理数,故它们的周期分别为N1 = 8 , N2 = 4,故f1(k) 为周期序列,其周期为N1和N2的最小公倍数8。 (2)sin(2k) 的数字角频率为 1 = 2 rad;由于2/ 1 = 为无理数,故f2(k) = sin(2k)为非周期序列 。 由上面几例可看出:连续正弦信号一定是周期信号,而正弦序列不一定是周期序列。两连续周期信号之和不一定是周期信号,而两周期序列之和一定是周期序列。,1-2 信号,4能量信号与功率信号,将信号f (t)施加于1电阻上,它所消耗的瞬时功率为| f (t) |2,在区间( , )的能量和平均功率定义为,(1)信号的能量E,(2)信号的功率P,若信号f (t)的能量有界,即 0 E ,则称其为能量有限信号,简称能量信号。此时 P = 0,若信号f (t)的功率有界,即 0 P ,则称其为功率有限信号,简称功率信号。此时 E = ,1-2 信号,相应地,对于离散信号,也有能量信号、功率信号之分。,若满足 的离散信号,称为能量信号。,若满足 的离散信号,称为功率信号。,时限信号(仅在有限时间区间不为零的信号)为能量信号; 周期信号属于功率信号,而非周期信号可能是能量信号,也可能是功率信号。,有些信号既不属于能量信号也不属于功率信号,如 f (t) = e t。,1-2 信号,5一维信号与多维信号,从数学表达式来看,信号可以表示为一个或多个变量的函数,称为一维或多维函数。语音信号可表示为声压随时间变化的函数,这是一维信号。而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。还有更多维变量的函数的信号。本课程只研究一维信号,且自变量多为时间。,1-2 信号,6因果信号与反因果信号,常将 t = 0时接入系统的信号f(t) 即在t 0,则将f ()右移;否则左移。如,1-3 信号的基本运算,平移与反转相结合,方法一:先平移f (t) f (t +2),再反转 f (t +2) f ( t +2),方法二:先反转 f (t) f ( t),画出 f (2 t)。,再平移 f ( t) f ( t +2),左移,右移,= f (t 2),注意:是对t 的变换!,1-3 信号的基本运算,3. 尺度变换(横坐标展缩),将 f (t) f (a t) , 称为对信号f (t)的尺度变换。 若a 1 ,则波形沿横坐标压缩;若0 a 1 ,则展开 。如,对于离散信号,由于 f (a k) 仅在a k 为整数时才有意义, 进行尺度变换时可能会使部分信号丢失。因此一般不作波形的尺度变换。,1-3 信号的基本运算,平移、反转、尺度变换相结合,已知f (t),画出 f ( 4 2t)。,三种运算的次序可任意。但一定要注意始终对时间 t 进行。,1-3 信号的基本运算,也可以先压缩、再平移、最后反转。,1-3 信号的基本运算,若已知f ( 4 2t) ,画出 f (t) 。,历年信号的时间变换运算考题,已知 f(t) 的波形如题11图所示,,试画出,已知 f(22t) 的波形如下图所示,,试画出f(t)和 的波形.,08.11,07.11,要点:总是对t运算,不要漏掉冲激,注意冲激的展缩,已知 f(t) 的波形如题11图所示,,试画出f(1-2t) 的波形.,已知 f(t) 波形如题12图所示,,试画出f(2t-1)(t-1)的波形.,已知 f(2t-1) 波形如题12图所示,,试画出f(t)和g(t)的波形.,06.11,05.12,04.12,第一章 信号与系统,阶跃函数和冲激函数不同于普通函数,称为奇异函数。研究奇异函数的性质要用到广义函数(或分配函数)的理论。这里将直观地引出阶跃函数和冲激函数。,一、阶跃函数,下面采用求函数序列极限的方法定义阶跃函数。,选定一个函数序列n(t)如图所示。,1.4 阶跃函数和冲激函数,
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