CH01信号与系统分析导论.ppt

信号与系统Signals and Systems国家精品课程主教材、北京市精品教材国家精品课程主教材、北京市精品教材国家精品课程主教材、北京市精品教材国家精品课程主教材、北京市精品教材信号与系统信号与系统信号与系统信号与系统(第第第第2 2 2 2版版版版)陈后金，胡健，薛健陈后金，胡健，薛健陈后金，胡健，薛健陈后金，胡健，薛健清华大学出版社，北京交通大学出版社，清华大学出版社，北京交通大学出版社，清华大学出版社，北京交通大学出版社，清华大学出版社，北京交通大学出版社，2005200520052005年年年年通识教育专业方向电路基础分析电子测量 现代电路分析 电工技术电路分析电子技术信号处理系列电磁场系列非电类系列电路理论系列电子系统系列电工电子实验系列微机原理与接口技术单片机原理模拟电子技术数字电子技术通信电子技术数字信号处理DSP技术及应用信号与系统DSP课程设计电工系列实验电子系列实验电子课程设计EDA课程设计单片机课程设计工程素质培训电磁场实验新技术实验电磁场与电磁波电磁场与电磁兼容工程电磁场学科基础电子信息类专业技术基础课程体系信号与系统分析导论信号与系统分析导论 系统的描述及分类系统的描述及分类 信号与系统分析概述信号与系统分析概述 信号的描述及分类信号的描述及分类 信号的描述与分类信号的描述与分类 信号的基本概念信号的基本概念 信号的分类信号的分类 确定信号确定信号确定信号确定信号 与与与与 随机信号随机信号随机信号随机信号 连续信号连续信号连续信号连续信号 与与与与 离散信号离散信号离散信号离散信号 周期信号周期信号周期信号周期信号 与与与与 非周期信号非周期信号非周期信号非周期信号 能量信号能量信号能量信号能量信号 与与与与 功率信号功率信号功率信号功率信号一、一、信号的基本概念信号的基本概念1.定义定义 广义:信号是随时间变化的某种物理量。严格:信号是消息的表现形式与传送载体。电信号通常是随时间变化的电压或电流。2.表示表示 数学解析式或图形语音信号：空气压力随时间变化的函数。语音信号“你好”的波形静止的单色图象：亮度随空间位置变化的信号 f(x,y)。静止的彩色图象：三基色红(R)、绿(G)、蓝(B)随空间位置变化的信号。二、信号的分类二、信号的分类1.确定信号确定信号 与与 随机信号随机信号 确定信号 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。二、信号的分类二、信号的分类2.连续信号连续信号 与与 离散信号离散信号 连续信号：在观测过程的连续时间范围内信号有确 定的值。允许在其时间定义域上存在有限个间断点。通常以f(t)表示。模拟信号：如果连续信号在任意时刻的取值是连续的。离散信号：信号仅在规定的离散时刻有定义。通常以f k表示。数字信号：取值为离散的离散信号。连续时间信号连续时间信号 与与 离散时间信号离散时间信号 波形波形连续时间信号离散时间信号离散信号的产生1)对连续信号抽样 f k=f(kT)2)信号本身是离散的3)计算机产生 连续时间周期信号定义:，存在正数T，使得 二、信号的分类二、信号的分类3.周期信号周期信号 与与 非周期信号非周期信号成立，则 f(t)为周期信号。离散时间周期信号定义:kI，存在正整数N，使得成立，则 f k 为周期信号。满足上述条件的最小的正T、正N称为信号的基本周期。不满足周期信号定义的信号称为非周期信号。二、信号的分类二、信号的分类4.能量信号能量信号 与与 功率信号功率信号 能量信号：0 W ，P=0。功率信号：W ，0 P=0.而在初始状态y(0)=8及输入激励f(t)共同作用下产生的完全响应y(t)=3e-4t+5e-t,t=0.试求：（1）系统的零状态响应；（2）系统在初始状态y(0)=1以及输入激励3f(t)共同作用下产生的完全响应。解：解：解：解：输入输入初始状态初始状态响应0 02 26e-4tf(t)f(t)8 83e-4t+5e-t0 08 824e-4tf(t)f(t)0 0-21e-4t+5e-t3f(t)3f(t)0 03*(-21e-4t+5e-t)0 01 13e-4t3f(t)3f(t)1 1-60e-4t+15e-t二、系统的分类二、系统的分类3时不变系统时不变系统 与与 时变系统时变系统系统的输出响应与输入激励的关系不随输入激励作用于系统的时间起点而改变，就称为时不变系统。否则，就称为时变系统。二、系统的分类二、系统的分类3时不变系统时不变系统 与与 时变系统时变系统 时不变特性时不变特性 时不变的连续时间系统表示为 时不变的离散时间系统表示为 线性时不变系统可由定常系数的线性微分方程式或差分方程式描述。(1)y(t)=sinf(t)(2)y(t)=costf(t)(3)y(t)=4f 2(t)+3f(t)(4)y(t)=2tf(t)例例 试判断下列系统是否为时不变系统。时不变系统时变系统时不变系统时变系统分析:判断一个系统是否为时不变系统，只需判断当输入激励f(t)变为f(t-t0)时，相应的输出响应y(t)是否也变为 y(t-t0)。由于系统的时不变特性只考虑系统的零状态响应，因此在判断系统的时不变特性时，不涉及系统的初始状态。二、系统的分类二、系统的分类4因果系统因果系统 与与 非因果系统非因果系统 因果系统：当且仅当输入信号激励系统时才产生系统输出响应的系统。非因果系统：不具有因果特性的系统称为非因果系统。二、系统的分类二、系统的分类5稳定系统稳定系统 与与 不稳定系统不稳定系统 稳定系统：指有界输入产生有界输出的系统。BIBO：Bounded Input,Bounded Output 不稳定系统：系统输入有界而输出无界。信号与系统分析概述信号与系统分析概述 信号分析的主要内容信号分析的主要内容 系统分析的主要内容系统分析的主要内容 信号与系统之间的关系信号与系统之间的关系 系统与电路之间的关系系统与电路之间的关系 信号与系统的应用领域信号与系统的应用领域 课程学习的基本方法课程学习的基本方法 主要参考书主要参考书连续系统离散系统系统的描述输入输出描述法：N 阶微分方程系统响应求解状态空间描述：N 个一阶微分方程组时域：频域：复频域：系统的描述输入输出描述法：N 阶差分方程系统响应求解状态空间描述：N 个一阶差分方程组时域：频域：Z域：y(t)=f(t)*h(t)连续信号离散信号抽样时域：信号表达为冲激信号的线性组合频域：信号表达为正弦信号的线性组合（CFS，CTFT）复频域：信号表达为复指数的线性组合（单边、双边）时域：信号表达为脉冲序列的线性组合频域：信号表达为正弦序列的线性组合（DFS，DTFT）Z域：信号表达为复指数的线性组合（单边、双边）信号与系统Y(jw)=F(jw)*H(jw)Y(s)=F(s)*H(s)yk=fk*hkY(ejW)=F(ejW)*H(ejW)Y(z)=F(z)*H(z)系统分析信号分析信号与系统课程体系信号分析连续信号离散信号抽样时域：信号分解为冲激信号的线性组合频域：信号分解为不同频率正弦信号的线性组合复频域：信号分解为不同频率复指数的线性组合时域：信号分解为单位脉冲序列的线性组合频域：信号分解为不同频率正弦序列的线性组合复频域：信号分解为不同频率复指数的线性组合系统分析连续系统离散系统系统的描述输入输出描述法：N阶微分方程系统响应的求解系统的描述系统响应的求解状态空间描述：N个一阶微分方程组时域：频域：复频域：输入输出描述法：N阶差分方程状态空间描述：N个一阶差分方程组时域：频域：Z域：信号与系统是相互依存的整体。信号与系统之间的关系信号与系统之间的关系1.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；2.系统的重要功能就是对信号进行加工、变换与处理，没有信号的系统就没有存在的意义。信号与系统的应用领域信号与系统的应用领域控制计算机等信号处理信号检测非电类:社科领域：电类机械、热力、光学等股市分析、人口统计等 信号与系统的应用领域信号与系统的应用领域 系统与电路的关系系统与电路的关系1.通常把系统看成比电路更为复杂、规模 更大的组合2.处理问题的观点不同：电路：着重在电路中各支路或回路的电流及 各节点的电压上 系统：着重在输入输出之间的关系上，即系统能实现何种功能。课程学习的基本方法课程学习的基本方法3.加强实践环节(学会用MATLAB进行信号分析)，通过实验加深对理论与概念的理解。1.着重掌握信号与系统分析的原理与方法，将数学概念、物理概念及其工程概念相结合。2.注意提出问题，分析与解决问题的认知过程。4.通过练习、复习和归纳等深刻理解基本概念，掌握分析与解决问题的方法。主要参考书主要参考书1 Edward W.K.,Bonnie S.H.Fundamentals of Signals and Systems Using MATLAB.Prentice-Hall International,Inc.19972 Simon H.,Barry V.V.Signals and Systems.John Wiley&Sons,Inc.19993 A.V.Oppenheim.Signals and Systems 或中译本（第2版）.西安交通大学出版社.4 郑君里，应启珩等.信号与系统.第2版.高等教育出版社，2000.主要参考书主要参考书5 管致中，孟桥等.信号与线性系统.第4版.高等教育出版社，20046 吴大正等.信号与线性系统分析.第3版.高等教育出版社，20057 吴湘淇等.信号、系统与信号处理(上).第2版.电子工业出版社，19998 吴湘淇等.信号、系统与信号处理软硬件实现.电子工业出版社，20029 陈后金，胡健等.信号与系统学习指导与习题精解.清华大学出版社，2004