《信號(hào)與系統(tǒng)》課程講義.ppt

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信號(hào)與系統(tǒng),SignalsandSystems哈爾濱工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化測(cè)試與控制系,聯(lián)系方式,魏國(guó)（教授、博導(dǎo)）電機(jī)樓30035-7室86413621-81313904631891Email:wg_weiguo@,課程學(xué)習(xí)要求,嚴(yán)格遵守上課紀(jì)律（隨機(jī)抽查3次曠課或6次遲到、早退取消考試資格）認(rèn)真完成課后作業(yè)（作業(yè)缺1/3取消考試資格）積極完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容（實(shí)驗(yàn)缺1/3取消考試資格）,主要講述章節(jié),第1章第2章第3章第4章第5章第6.2、6.3、6.4小節(jié)第7章第8章第12章,參考文獻(xiàn),，電氣工程及自動(dòng)化學(xué)院--課程建設(shè)-信號(hào)與系統(tǒng)講義Alanv.Oppenheim（劉樹(shù)棠譯）.信號(hào)與系統(tǒng)，西安交通大學(xué)出版社王寶祥.信號(hào)與系統(tǒng).哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社陸哲明，趙春暉，孫圣和.信號(hào)與系統(tǒng)學(xué)習(xí)與考研指導(dǎo).科學(xué)出版社,學(xué)習(xí)目的和意義,后續(xù)課程(通信、控制和數(shù)字信號(hào)處理)基礎(chǔ)實(shí)際工程(IT行業(yè)，股票分析、醫(yī)學(xué)，航天航空，地質(zhì))基礎(chǔ)應(yīng)用基礎(chǔ)研究(圖像處理、語(yǔ)音處理、數(shù)據(jù)挖掘)先導(dǎo)課程考研：專業(yè)基礎(chǔ)課，復(fù)試課程,第一章緒論,本章主要研究?jī)?nèi)容：信號(hào)與系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容信號(hào)描述與信號(hào)運(yùn)算信號(hào)分解,1.1信號(hào)與系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容,一、信號(hào)1.概念①消息、信號(hào)、信息、函數(shù)/圖像MessageSignalInformationFunction具體內(nèi)容、表現(xiàn)形式、消息有效成分、信號(hào)表達(dá)式（單值函數(shù)）信號(hào):消息的運(yùn)載工具和表現(xiàn)形式②消息傳遞方式的歷史光信號(hào)，聲信號(hào)，電信號(hào)，現(xiàn)代：GPS，網(wǎng)絡(luò)③信號(hào)：信號(hào)傳輸、信號(hào)交換、信號(hào)處理,1.1信號(hào)與系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容,2.分類①信號(hào)函數(shù)表達(dá)式確定性確定信號(hào)：能表示成時(shí)間確定函數(shù)，用在控制系統(tǒng)中隨機(jī)信號(hào)：不能表示成時(shí)間確定函數(shù)，只能知道其概率分布，用在通信系統(tǒng)中②周期性周期信號(hào)：非周期信號(hào)：偽隨機(jī)信號(hào)：T很大的周期信號(hào)混沌信號(hào)(ChaosSignal),1.1信號(hào)與系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容,③時(shí)間函數(shù)取值連續(xù)性,1.1信號(hào)與系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容,[例1]：判斷信號(hào)類型（習(xí)題1-1）,連續(xù)時(shí)間信號(hào)模擬信號(hào),連續(xù)時(shí)間信號(hào)離散幅度,1.1信號(hào)與系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容,[例1]：判斷信號(hào)類型（習(xí)題1-1）,離散時(shí)間信號(hào)數(shù)字信號(hào),離散時(shí)間信號(hào)抽樣信號(hào),1.1信號(hào)與系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容,[例1]：判斷信號(hào)類型（習(xí)題1-1）,離散時(shí)間信號(hào)數(shù)字信號(hào),離散時(shí)間信號(hào)數(shù)字信號(hào),1.1信號(hào)與系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容,④自變量個(gè)數(shù),1.1信號(hào)與系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容,⑤信號(hào)的能量和功率特性,能量為有限值,功率為有限值,*周期信號(hào)？*有限時(shí)間內(nèi)信號(hào)？*非周期信號(hào)？*實(shí)際應(yīng)用中信號(hào)？,1.1信號(hào)與系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容,⑥調(diào)制系統(tǒng)中,,1.1信號(hào)與系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容,3.信號(hào)分析：信號(hào)描述、運(yùn)算、分解、頻譜分析、相關(guān)分析、信號(hào)檢測(cè)4.信號(hào)變換(源自信號(hào)的正交分解)：傅氏變換、拉氏變換、Z變換、DTFT、DFT5.信號(hào)處理(信號(hào)變換是其中一部分，服務(wù)于信號(hào)傳輸)：變換、濾波、壓縮、增強(qiáng)、分割6.信號(hào)傳輸：媒質(zhì)—光纖、電話、電報(bào)、網(wǎng)絡(luò)；涉及編碼、調(diào)制、解調(diào)、解碼；關(guān)心保密性、有效性、可靠性7.信號(hào)交換：如電子數(shù)據(jù)交換、程控交換機(jī)等8.信號(hào)檢測(cè)：信號(hào)分析重要分支,,二、系統(tǒng)1.概念①系統(tǒng)：若干相互作用和相互依賴的事物所組成的具有特定功能的整體②系統(tǒng)、電路（網(wǎng)絡(luò)）i)系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)功能與特性，關(guān)心全局；ii)電路強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)與參數(shù)，關(guān)心局部③廣義系統(tǒng)分類物理、非物理；自然、人工,1.1信號(hào)與系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容,利用系統(tǒng)完成信號(hào)的傳輸、交換和處理,1.1信號(hào)與系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容,2.信號(hào)與系統(tǒng)關(guān)系：相輔相成①離開(kāi)信號(hào)，系統(tǒng)無(wú)存在必要②信號(hào)必須通過(guò)系統(tǒng)得以傳輸和處理,1.1信號(hào)與系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容,1.1信號(hào)與系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容,,1.1信號(hào)與系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容,因果信號(hào)：t=0時(shí)接入系統(tǒng)的信號(hào)（有始信號(hào)）,1.1信號(hào)與系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容,,i)線性時(shí)不變：線性常系數(shù)微分方程,ii)線性時(shí)變：變參數(shù)線性微分方程,iv)非線性時(shí)變：變參數(shù)非線性微分方程,iii)非線性時(shí)不變：非線性常系數(shù)微分方程,1.1信號(hào)與系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容,4.線性時(shí)不變系統(tǒng)（LinearTimeInvariant，LTI）,1.1信號(hào)與系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容,①滿足疊加性：②滿足均勻性：③滿足時(shí)不變特性：,線性時(shí)不變系統(tǒng)(LTI)系統(tǒng),若起始狀態(tài)非0，必須將外加激勵(lì)與起始狀態(tài)的作用分別處理，才滿足疊加性和均勻性,1.1信號(hào)與系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容,⑤滿足微（積）分特性：⑥因果特性：若不存在激勵(lì)，且起始狀態(tài)為0，則線性常系數(shù)微分方程描述的系統(tǒng)滿足因果性，即：線性時(shí)不變系統(tǒng)未必就滿足因果性,1.1信號(hào)與系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容,[例2]：判斷系統(tǒng)特性(線性、時(shí)不變、因果、穩(wěn)定),,,ii)時(shí)不變:,i)線性:,①,1.1信號(hào)與系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容,,,,,,iv)穩(wěn)定：,①,②,i)線性：,1.1信號(hào)與系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容,ii)時(shí)變：,1.1信號(hào)與系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容,,,,,,,,②,,iii)非因果：,iV)穩(wěn)定：,時(shí)刻輸出由時(shí)刻輸入決定,1.1信號(hào)與系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容,,ii)時(shí)變:,i)線性:,③,iii)因果:,iv)穩(wěn)定:,1.1信號(hào)與系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容,③,④,i)非線性:,ii)時(shí)不變:,1.1信號(hào)與系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容,iii)因果:,iv)穩(wěn)定:,1.1信號(hào)與系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容,5.系統(tǒng)分析：已知e(t)和系統(tǒng)求響應(yīng)r(t),1.1信號(hào)與系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容,②方法i)描述方法：輸入—輸出描述法、狀態(tài)變量描述法ii)求解方法：時(shí)域(經(jīng)典、卷積、數(shù)值)變換域(頻域、復(fù)頻域、z域、FFT)非線性方法(人工神經(jīng)網(wǎng)、遺傳算法、模糊理論),①步驟i)建立數(shù)學(xué)模型：用框圖或數(shù)學(xué)表達(dá)式描述ii)求解數(shù)學(xué)模型：已知數(shù)學(xué)模型和輸入激勵(lì),i)相加ii)倍乘iii)積分,③框圖中三種基本單元,1.1信號(hào)與系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容,1.1信號(hào)與系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容,③根據(jù)微分方程畫(huà)框圖規(guī)則,第一種情況：右端只包含輸入本身,*移項(xiàng)（最高階導(dǎo)數(shù)項(xiàng)左邊，其余右邊）*積分器（最高階導(dǎo)數(shù)項(xiàng)作為第一個(gè)積分器輸入，積分器個(gè)數(shù)等于方程階次）*標(biāo)量乘法器*相加,1.1信號(hào)與系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容,第二種情況：右端包含輸入及其高階導(dǎo)數(shù),引入輔助函數(shù)q(t)，使?jié)M足,得：,則：,1.1信號(hào)與系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容,,[例3]：根據(jù)圖寫(xiě)微分方程或根據(jù)微分方程畫(huà)框圖,①,1.1信號(hào)與系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容,1.1信號(hào)與系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容,③,解：令,1.1信號(hào)與系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容,1.1信號(hào)與系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容,④,6.系統(tǒng)綜合①已知激勵(lì)和響應(yīng)，求系統(tǒng)②關(guān)系：分析是綜合的基礎(chǔ),1.1信號(hào)與系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容,,7.系統(tǒng)工程學(xué)：利用系統(tǒng)理論設(shè)計(jì)和優(yōu)化系統(tǒng)工程,作業(yè)1-2(1),(3),(5)1-31-191-20(1),(3),(5),(7)1-21;1-23,1.1信號(hào)與系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容,