我是靠谱客的博主 坚定心情,最近开发中收集的这篇文章主要介绍信号与系统绪论,觉得挺不错的,现在分享给大家,希望可以做个参考。

概述

系统的概念不仅限于电路,通信,控制,还应当包括物理系统,非物理系统,人工系统,自然系统,通信系统,电路系统,~~网络等等


信号分类

确定性信号,某一时刻,可确定函数值,称为确定性信号与规则信号

随机信号,不能给出确切的时间函数,只知道它的统计特性


周期信号,f(t)=f(t+nT)

非周期信号,可认为T趋于无穷大


混论信号:貌似随机而严格遵循规律的信号


连续时间信号与离散时间信号


一维信号,声压随时间变化的函数

多维信号,黑白图像每个像素点具有不同的光强度



指数信号:

f(t)=K*e^(a*t)

τ=1/lal , τ越大,信号增长或衰减的速率越慢



正弦信号:

f(t)=K*sin(w*t+theta)

指数衰减正弦信号:K*e^(-a*t)*sin(w*t)

欧拉公式



复指数信号:



Sa(t)信号(抽样信号)

Sa(t)=sint/t




钟形信号(高斯信号)




信号运算

移位(时移和延时),反褶,尺度倍乘(压缩和拓展),微分和积分,相加和相乘

信号积分运算后效果和微分相反,信号突变的部分可变得平滑,可由此削弱信号中混入的毛刺(噪声)的影响




阶跃信号和冲激信号


单位斜变信号:

                        f(t)=0@(t<0),=t@(t>=0)


单位阶跃信号:

                        u(t)=0@(t<0),=1@(t>=0)

表示矩形脉冲:




符号函数

sgn(t)=1@(t>0),=-1@(t<0)

sgn(t)=2u(t)-1



单位冲激信号

δ(t)=lim[u(t+τ/2)-u(t-τ/2)]/τ    ~τ趋于0

类似的



冲激函数的定义为:
注:【现在在某些情况下也有用当t=0时,冲击函数的值取1,称单位冲击函数。在理解它的积分中比较好理解,而且目前大多数数字信号处理教材都采用值为1的形式】
通常,单位冲激函数由如下特殊的方式定义(由 狄拉克最早提出) :
狄拉克定义
冲激函数与按某些信号取极限来定义是一致的


性质

筛选性质

如果信号x(t)是一个在t=t0处连续的普通函数,则有
上式表明,信号x(t)与冲激函数相乘,筛选出连续时间信号x(t)在t=t0时的函数值x(t0)。可以理解为冲激函数在t=t0时刻对函数x(t)的一瞬间的作用,其值是冲激函数和x(t0)相乘的结果,瞬间趋于无穷大

取样性质

如果信号x(t)是一个在t=t0处连续的普通函数,则有
冲激信号的取样特性表明,一个连续时间信号x(t)与冲激函数相乘,并在(一∞,+∞)时间域上积分,其结果为信号x(t)在t=t0时的函数值x(t0)。该式可以理解为冲激函数作用于函数x(t),趋于稳态时最终作用的结果,即得到信号x(t)在t0时刻的值x(t0)

导数性质

冲激函数的导数性质及其证明如下图所示:

尺度变换

冲激函数的尺度变换及其推论明如下图所示:

积分性质





冲击偶信号
冲激偶信号即冲激函数的微分(阶跃函数的二阶导数)将呈现正、负极性的一对冲激,以δ'(t)表示。
冲激函数的微分( 阶跃函数的二阶导数)将呈现正、负极性的一对冲激,成为冲激偶信号,以δ'(t)表示。可以利用规则函数系列取极限的概念引出δ'(t),此处借助三角形脉冲系列。
如下图。三角形脉冲s(t)其底宽为2τ,高度是1/τ,当τ->0时,s(t)成为单位冲激函数δ(t)。
左下画出ds(t)/dt波形,它是正、负极性的两个矩形脉冲,称为脉冲偶对。其宽度均为τ,高度分别为1/(τ^2)和-1/(τ^2)。当τ->0时,ds(t)/dt是正负极性的两个冲激函数,其强度均为无限大,示于右下端,这就是冲激偶δ'(t)。

性质

编辑
设为常规函数,其导数在处连续,则积分

利用冲激函数的抽样性质,从上式得
这是冲激偶信号的一个重要性质,称为的抽样性质。
冲激偶信号的另一个性质是,它所包含的面积等于零,这是因为正、负两个冲激的面积相互抵消了。于是有


说明

冲激函数的各阶导数统称为高阶冲激。特别指出,在同一时刻出现的
位冲激函数、高阶冲激函数间的乘积没有意义。



信号的分解
1)直流分量与交流分量
直流分量即信号的平均值
信号的平均功率等于直流功率和交流功率之和

2)偶分量和奇分量

      信号的平均功率等于偶功率和奇功率之和


       3)脉冲分量

       一个信号可近似分解为许多脉冲分量之和


       4)实部分量和虚部分量——瞬时值为复数的信号


       5)正交函数分量

         正交函数集表示一个信号,例用各次谐波的正弦与余弦信号叠加表示矩形脉冲


       6)分形描述信号

自然界:云彩的边界,山地的轮廓,海岸线的分布,流体的湍流,粒子的布朗运动轨道等

应用:图像数据压缩,语音合成等



系统模型及其分类


连续时间系统与离散时间系统

数字计算机,RLC电路

即时系统与动态系统

电阻,电容电感磁芯寄存器(记忆元件和电路)

集总参数系统与分布参数系统

集总参数元件,分布参数元件(传输线,波导)

线性系统与非线性系统


时变系统与时不变系统

系统参数随不随时间变化

可逆系统与不可逆系统

输入与输出可不可逆,换言之是不是一一对应的函数关系


线性时不变系统

集总参数线性时不变系统—LTI—Llinear time-invariant

1)叠加性与均匀性

2)时不变系统

证明y(n)=2x(n)+3和y(n)=2x(n)+3n的线性与时不变性

y1(n)+y2(n)=2x1+2x2+6
T(x1+x2)=2x1+2x2+3 非线性

y(n-n0)=2x(n-n0)+3

T(x(n-n0))=2x(n-n0)+3时不变
y1(n)+y2(n)=2x1+2x2+6n
T(x1+x2)=2x1+2x2+3n 非线性
y(n-n0)=2x(n-n0)+3n-3n0
T(x(n-n0))=2x(n-n0)+3n时变

3)微分特性

4)因果特性


输出时刻只可能大于或等于输入时刻

因果系统,r1(t)=e1(t-1)

非因果系统,r2(t)=e2(t+1)



系统分析方法

系统模型建立:

输入-输出描述法—对于单输入单输出系统

状态变量描述法—对于多输入-多输出系统



系统模型求解:

1)时域分析

卷积方法,数值方法

2)变换域方法

傅里叶变换(FT)以频率为独立变量

拉普拉斯变换(LT)注重极点和零点分析,利用s域和z域的特性

离散系统分析的正交变换(离散傅里叶变换DFT,离散沃尔什变换DWT等)


实际问题的解决—信号传输和处理研究领域

人工神经网络,模糊集理论,遗传算法,混沌理论等相互结合解决线性时不变系统模型的难题

最后

以上就是坚定心情为你收集整理的信号与系统绪论的全部内容,希望文章能够帮你解决信号与系统绪论所遇到的程序开发问题。

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