信號(hào)處理原理

1、2024年2月28日,信號(hào)處理原理,邵世凡,沈陽廣播電視大學(xué)計(jì)算機(jī)專業(yè)課程,沈陽廣播電視大學(xué)機(jī)電系,,,,,,,,,,,2024年2月28日,信號(hào)的概念、描述、分類信號(hào)處理的目的、步驟典型信號(hào)介紹信號(hào)的基本運(yùn)算信號(hào)的分解,內(nèi)容提要,第一講 基本概念,2024年2月28日,信號(hào)是反映（或載有）信息的各種物理量，是系統(tǒng)直接進(jìn)行加工、變換以實(shí)現(xiàn)通信的對(duì)象。,信號(hào)的概念,自然和物理信號(hào)例如：語音、圖象、地震信號(hào)、生理信號(hào)等人工產(chǎn)

2、生的信號(hào)例如：雷達(dá)信號(hào)、通訊信號(hào)、醫(yī)用超聲信號(hào)、機(jī)械探傷信號(hào)等,信號(hào)是信息的表現(xiàn)形式，信息則是信號(hào)的具體內(nèi)容。,2024年2月28日,信號(hào)描述方法,數(shù)學(xué)描述 使用具體的數(shù)學(xué)表達(dá)式，把信號(hào)描述 為一個(gè)或若干個(gè)自變量的函數(shù)或序列的形式。,因此，?？蓪ⅰ靶盘?hào)”與“函數(shù)”和“序列”等同起來,,,2024年2月28日,,信號(hào)描述方法,波形描述按照函數(shù)隨自變量的變化關(guān)系，把信號(hào)的波形畫出來。,,2024年2月28日

3、,信號(hào)的分類,確定信號(hào)與隨機(jī)信號(hào),要點(diǎn)：,區(qū)分方法：,給定的自變量的值，是否可以唯一確定信號(hào)的取值。,任意給定一個(gè)自變量的值，如果可以唯一確定其信號(hào)和取值，則該信號(hào)是確定信號(hào)，否則，如果取值是在確定的隨機(jī)值，則是隨機(jī)信號(hào)。,周期信號(hào)與非周期信號(hào),要點(diǎn)：,關(guān)系式是否成立？,周期信號(hào)的周期（正值）：,最小T值,非周期信號(hào)可以視為是周期無窮大的周期信號(hào)。,2024年2月28日,信號(hào)的分類,時(shí)間連續(xù)信號(hào)與時(shí)間離散信號(hào),信號(hào)的自變量是否在整個(gè)連續(xù)

4、區(qū)間內(nèi)都有定義？,定義域連續(xù)？,,NO,時(shí)間離散信號(hào),,YES,時(shí)間連續(xù)信號(hào),模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào),通常被稱為“序列”,模擬信號(hào)的定義域和值域都有是連續(xù)的；數(shù)字信號(hào)在定義域和值域都是離散的。,計(jì)算機(jī)特別適合于處理數(shù)字信號(hào),2024年2月28日,信號(hào)的分類,因果信號(hào)與非因果信號(hào),如果信號(hào)在時(shí)間零點(diǎn)之前，取值為零，則稱為因果信號(hào)。,表示信號(hào)不能在過去存在(有值)！也表示信號(hào)的產(chǎn)生是符合邏輯的！,,不是因果信號(hào)，就是非因果信號(hào)。在時(shí)間零點(diǎn)之

5、前信號(hào)存在。,若信號(hào)僅在過去（時(shí)間零點(diǎn)之前）有值，則稱為反因果信號(hào)。,實(shí)值信號(hào)與復(fù)值信號(hào),如果信號(hào)的取值是實(shí)數(shù)，則稱為實(shí)值信號(hào)。,如果信號(hào)的取值是復(fù)數(shù)，則稱為復(fù)值信號(hào)。,復(fù)信號(hào)是為了研究方便而引入的,2024年2月28日,,信號(hào)的分類,能量信號(hào)與功率信號(hào),定義信號(hào)的能量為：,離散時(shí)間信號(hào),連續(xù)時(shí)間信號(hào),定義信號(hào)的功率為：,,離散時(shí)間信號(hào),連續(xù)時(shí)間信號(hào),如果信號(hào)的能量是有限的，則稱為能量信號(hào)。,如果信號(hào)的功率是有限的，則稱為功率信號(hào)。,2

6、024年2月28日,數(shù)字信號(hào)處理的步驟,模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC,數(shù)字信號(hào)處理DSP,數(shù)模轉(zhuǎn)換DAC,,,自變量(時(shí)間)和幅值同時(shí)離散化,變換域分析、數(shù)字濾波、識(shí)別、合成,數(shù)字信號(hào)還原為模擬信號(hào),,保證信息不丟失的理論基礎(chǔ)是：,采樣定理,2024年2月28日,信號(hào)運(yùn)算,常規(guī)運(yùn)算,波形變換,數(shù)學(xué)運(yùn)算,相互運(yùn)算,線性運(yùn)算,乘除運(yùn)算,反褶運(yùn)算,時(shí)移運(yùn)算,壓擴(kuò)運(yùn)算,微分運(yùn)算,積分運(yùn)算,卷積運(yùn)算,相關(guān)運(yùn)算,,,,,(四則運(yùn)算),2024年2月28日,一、系

7、統(tǒng)的零狀態(tài)響應(yīng)二、任意信號(hào)作用下的系統(tǒng)零狀態(tài)響應(yīng)三、卷積分的物理意義四、卷積分的計(jì)算五、卷積分的圖解過程六、總結(jié),第二講 卷積分,內(nèi)容提要,2024年2月28日,一、系統(tǒng)的零狀態(tài)響應(yīng),,,,,,,系統(tǒng),,,,,,,系統(tǒng)零狀態(tài)是指：,,f ( t ),,t,0,g ( t ),t,0,系統(tǒng)的零狀態(tài)響應(yīng)通常是指系統(tǒng)處于靜止或無源狀態(tài)時(shí)，在外部信號(hào)作用下的響應(yīng)。如：在沖擊信號(hào)作用下，系統(tǒng)輸出會(huì)從零值開始產(chǎn)生響應(yīng)。,2024年2月

8、28日,二、任意信號(hào)作用下的系統(tǒng)零狀態(tài)響應(yīng),,h(t),,f(t),,g(t),,系統(tǒng)理論告訴我們： 只要知道系統(tǒng)在單位沖激信號(hào)作用下的零狀態(tài)響應(yīng)h(t)。在任意信號(hào)f(t)作用下的系統(tǒng)零狀態(tài)響應(yīng)則可利用f(t) 與h(t)的卷積分來求得，即：,2024年2月28日,它表明了系統(tǒng)在任意信號(hào)（相當(dāng)于無數(shù)個(gè)沖激信號(hào)）的作用下，沖激響應(yīng)在系統(tǒng)輸出端的累積過程。這一點(diǎn)可以通過實(shí)驗(yàn)來證明，同樣，這一過程也可以用計(jì)算機(jī)軟件來模擬。請(qǐng)看在

9、階躍信號(hào)作用下的卷積分的實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)過程：,三、卷積分的物理意義,,,,,,,系統(tǒng),,,,,,,f ( t ),,t,0,f ( t ),t,0,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,2024年2月28日,四、卷積分的計(jì)算,計(jì)算卷積分過程分四個(gè)步驟： 1、對(duì)信號(hào)f1(t)和 f2(t)進(jìn)行描述，并將它們 置于t 軸上。 2、將其中任意一個(gè) 信號(hào)進(jìn)行反褶。 3、移動(dòng)反褶信號(hào)，根據(jù)遍歷原則，確定f

10、1(t) 和f2(t)可相乘的公共區(qū)間。進(jìn)行分段積分。 4、根據(jù)確定積分上下限的原則，分別分段積分的上下限，計(jì)算分段積分。,,,,,,積分上限的確定原則： 在兩個(gè)參與卷積信號(hào)的上限中取較大的積分上限的確定原則： 在兩個(gè)參與卷積信號(hào)的下限中取較小的,,,2024年2月28日,,,五、卷積分的圖解過程,,,,,,,f (t ),g (t),f1(t),f2(t),f2( t-t ),2024年2月