信號處理原理

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

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

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

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

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

6、024年2月28日,數(shù)字信號處理的步驟,模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC,數(shù)字信號處理DSP,數(shù)模轉(zhuǎn)換DAC,,,自變量(時間)和幅值同時離散化,變換域分析、數(shù)字濾波、識別、合成,數(shù)字信號還原為模擬信號,,保證信息不丟失的理論基礎(chǔ)是：,采樣定理,2024年2月28日,信號運算,常規(guī)運算,波形變換,數(shù)學(xué)運算,相互運算,線性運算,乘除運算,反褶運算,時移運算,壓擴運算,微分運算,積分運算,卷積運算,相關(guān)運算,,,,,(四則運算),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，在外部信號作用下的響應(yīng)。如：在沖擊信號作用下，系統(tǒng)輸出會從零值開始產(chǎn)生響應(yīng)。,2024年2月

8、28日,二、任意信號作用下的系統(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)在單位沖激信號作用下的零狀態(tài)響應(yīng)h(t)。在任意信號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（相當(dāng)于無數(shù)個沖激信號）的作用下，沖激響應(yīng)在系統(tǒng)輸出端的累積過程。這一點可以通過實驗來證明，同樣，這一過程也可以用計算機軟件來模擬。請看在

9、階躍信號作用下的卷積分的實驗方法和實驗過程：,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、卷積分的計算,計算卷積分過程分四個步驟： 1、對信號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 信號進(jìn)行反褶。 3、移動反褶信號，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，計算分段積分。,,,,,,積分上限的確定原則： 在兩個參與卷積信號的上限中取較大的積分上限的確定原則： 在兩個參與卷積信號的下限中取較小的,,,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