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1、信号与系统分析电子教案1.1 1.1 信号信号(signal)(signal)的概念的概念1.1.1 典型信号举例典型信号举例 信号的描述信号的描述 信号的分类信号的分类信号的概念1信号与系统分析电子教案信号的概念1、消息（、消息（message）：）：来自外界的各种报道统称为消息来自外界的各种报道统称为消息2、信息（、信息（information）：）：消息中有意义的内容称为信息消息中有意义的内容称为信息3、信号（、信号（signal）：）：信号是信息的表现形式，信息则信号是信息的表现形式，信息则 是信号的具体内容是信号的具体内容 为了有效的传播和利用信息为了有效的传播和利用信息 常常需要将
2、信息转换成便于传输和处理的信号常常需要将信息转换成便于传输和处理的信号l光信号光信号：古代烽火台、十字路口的红绿灯古代烽火台、十字路口的红绿灯l声音信号声音信号：上下课的铃声、电话、广播、音乐上下课的铃声、电话、广播、音乐l文字信号文字信号：书刊、杂志、广告、信件书刊、杂志、广告、信件l图像信号图像信号：电视、绘画、照片、录像电视、绘画、照片、录像l电信号电信号：随时间变化的电压、电流、电荷、磁通及电磁波随时间变化的电压、电流、电荷、磁通及电磁波 电信号最容易产生、传输、控制和处理电信号最容易产生、传输、控制和处理 本课程只研究电信号本课程只研究电信号2信号与系统分析电子教案1.1.1 典型信
3、号举例 医生通过心电图获取心脏病人的信息。心电图是与人的心脏跳动医生通过心电图获取心脏病人的信息。心电图是与人的心脏跳动有关的生物电位信号。它表示血液从心脏到动脉传输的一个循环。有关的生物电位信号。它表示血液从心脏到动脉传输的一个循环。这部分波形由来源于心脏右心房的窦房结的电冲激产生。冲激引起这部分波形由来源于心脏右心房的窦房结的电冲激产生。冲激引起心房收缩，使得心房中的血液被压到对应的心室里。产生信号称为心房收缩，使得心房中的血液被压到对应的心室里。产生信号称为P波。窦房结冲激激励延时直到血液从心房到心室的传送完成，得波。窦房结冲激激励延时直到血液从心房到心室的传送完成，得到心电图波形的到心
4、电图波形的P-R间隔。然后冲激激励引起心室的收缩，压迫血间隔。然后冲激激励引起心室的收缩，压迫血液到动脉，从而产生了心电图波形的液到动脉，从而产生了心电图波形的QRS部分。在这个阶段心房松部分。在这个阶段心房松弛并充入血液。波形的弛并充入血液。波形的T波表示心室的松弛。整个过程周期性地重波表示心室的松弛。整个过程周期性地重复，产生心电图迹线。复，产生心电图迹线。心电图波形的每一心电图波形的每一部分携带着不同类型的部分携带着不同类型的信息，用于医生分析患信息，用于医生分析患者的心脏状况。者的心脏状况。3信号与系统分析电子教案 每一个工厂、企业都有它不同的用电特点和规律。要做到经每一个工厂、企业都
5、有它不同的用电特点和规律。要做到经济合理地用电，就需要掌握这些特点和规律。下图是某工厂的济合理地用电，就需要掌握这些特点和规律。下图是某工厂的典型日负荷曲线，代表某一天典型日负荷曲线，代表某一天24小时实际使用电力负荷的信号。小时实际使用电力负荷的信号。从这条曲线可以得到从这条曲线可以得到1天中的最大负荷和时间，最小负荷和时间，天中的最大负荷和时间，最小负荷和时间，以及平均负荷。工厂的管理人员根据这条负荷曲线和供电条件以及平均负荷。工厂的管理人员根据这条负荷曲线和供电条件可以作出切实可行的、合理的用电计划。可以作出切实可行的、合理的用电计划。1.1.1 典型信号举例信号的概念4信号与系统分析电
6、子教案 每个钢琴键弹奏的音对应一个基波频率和许多谐波频率。下每个钢琴键弹奏的音对应一个基波频率和许多谐波频率。下图是钢琴图是钢琴CEG位置和对应的和弦信号的频谱。该频谱中有三个尖位置和对应的和弦信号的频谱。该频谱中有三个尖峰，信号中每个音对应一个，中音峰，信号中每个音对应一个，中音C的尖峰位于的尖峰位于262赫兹，右边的赫兹，右边的E和和G对应的尖峰位于较高频率处，分别为对应的尖峰位于较高频率处，分别为330赫兹和赫兹和392赫兹。赫兹。这种情况下，用信号频域的频谱比用信号时域的波形更能直观、这种情况下，用信号频域的频谱比用信号时域的波形更能直观、清晰的体现信号的信息。清晰的体现信号的信息。1
7、.1.1 典型信号举例信号的概念5信号与系统分析电子教案 “信号”与“函数”两词相互通用。数学描述是为了把数学描述是为了把不同物理量的共同特征抽象出来便于分析、运算和变换不同物理量的共同特征抽象出来便于分析、运算和变换。1.1.2 信号的描述1.1.2 信号的描述2、数学描述、数学描述：信号是一个或几个自变量的函数，一般都具信号是一个或几个自变量的函数，一般都具 有各自的物理属性，其自变量一般为：时间、有各自的物理属性，其自变量一般为：时间、空间、频率空间、频率。本书中信号的自变量为时间和本书中信号的自变量为时间和 频率。如：频率。如：1、物理描述、物理描述：信号是信息寄寓变化的物理体现，它一
8、般是信号是信息寄寓变化的物理体现，它一般是 随时间或空间变化的物理量。随时间或空间变化的物理量。如：电流、压如：电流、压 力、温度、速度等力、温度、速度等。3、图形描述：、图形描述：随时间变化的波形和随频率变化的频谱。随时间变化的波形和随频率变化的频谱。信号的概念6信号与系统分析电子教案物理描述：简谐振荡.正弦交流电压数学描述：图形描述：波形 频谱振幅周期初相位例例1：正弦信号正弦信号1.1 信号的概念1.1.2 信号的描述7信号与系统分析电子教案 信号的分类1、确定性信号与随机信号、确定性信号与随机信号2、连续时间信号与离散时间信号、连续时间信号与离散时间信号3、因果信号与非因果信号、因果信
9、号与非因果信号4、周期信号与非周期信号、周期信号与非周期信号5、能量信号与功率信号、能量信号与功率信号 信号的分类1.1 信号的概念8信号与系统分析电子教案1 1、确定信号与随机信号、确定信号与随机信号（根据信号取值是否确定来分类）（根据信号取值是否确定来分类）确定性信号：信号可以被表示为一确定的时间函数确定性信号：信号可以被表示为一确定的时间函数。即给即给 定一个时刻可以确定一相应的函数值定一个时刻可以确定一相应的函数值。例如：例如：研究确定信号是研究随机信号的基础研究确定信号是研究随机信号的基础 本课程只研究确定性信号本课程只研究确定性信号随机信号随机信号：信号不能用确定的时间函数描述。给
10、定一个信号不能用确定的时间函数描述。给定一个 时刻，只知道信号的某一数值的概率时刻，只知道信号的某一数值的概率。例如：雷电干扰、海浪起伏、电子器件的热噪声等例如：雷电干扰、海浪起伏、电子器件的热噪声等信号的概念 信号的分类9信号与系统分析电子教案2 2、连续时间信号与离散时间信号、连续时间信号与离散时间信号（根据信号自变量取值是否连续来分类）（根据信号自变量取值是否连续来分类）连续时间信号：连续时间信号：信号存在的时间范围信号存在的时间范围内任意时刻都有定义（即内任意时刻都有定义（即都可以给出确定的函数值）都可以给出确定的函数值），用，用 t 表示连续取值的时表示连续取值的时间自变量间自变量。
11、离散时间信号：离散时间信号：信号在时间上取值是离散的，信号在时间上取值是离散的，其他时间没定义其他时间没定义。若用等时间间隔若用等时间间隔取值，用取值，用 n 表示离散取值的时间自表示离散取值的时间自变量变量。n 叫序号，只取整数叫序号，只取整数。值域连续值域连续（模拟信号）（模拟信号）值域不值域不连续连续信号的概念 信号的分类10信号与系统分析电子教案模拟信号的两种处理方式模拟信号的两种处理方式数字系统处理数字系统处理模拟系统处理模拟系统处理信号的概念 信号的分类11信号与系统分析电子教案模拟信号模拟信号 时间和函数值均连续时间和函数值均连续(因为计算机精度有限因为计算机精度有限)量量化化(
12、因为计算机存储空间有限因为计算机存储空间有限)抽抽样样把模拟信号变成数字信号是为了把模拟信号变成数字信号是为了利用计算机进行数字信号处理利用计算机进行数字信号处理数字信号数字信号 时间离散，函数值离散时间离散，函数值离散抽样信号抽样信号 时间离散，函数值连续时间离散，函数值连续信号的概念 信号的分类12信号与系统分析电子教案通常将对应某序号通常将对应某序号k的序列值称为第的序列值称为第k个样点的个样点的“样值样值”。离散信号的表示形式离散信号的表示形式2、闭合数学表达式、闭合数学表达式3、逐个列出的序列、逐个列出的序列 1、图形表示的序列、图形表示的序列 固定，固定，n 取整数取整数信号的概念
13、 信号的分类13信号与系统分析电子教案3 3、因果信号与非因果信号、因果信号与非因果信号因果信号反因果信号反因果信号（根据信号在计时起点之前取值是否为零来分类）（根据信号在计时起点之前取值是否为零来分类）有始信号有始信号有终信号有终信号右边信号左边信号左边信号信号的概念14信号与系统分析电子教案4 4、周期信号与非周期信号、周期信号与非周期信号l非周期信号非周期信号：信号在时间上不具有周而复始的特性，或者：信号在时间上不具有周而复始的特性，或者 说信号的周期趋于无穷大说信号的周期趋于无穷大。如：如：（根据信号在某一区间内是否重复出现来分类）（根据信号在某一区间内是否重复出现来分类）l周期信号：
14、周期信号：按照一定的时间间隔按照一定的时间间隔 T 周而复始且无始无终周而复始且无始无终 的信号。的信号。如：如：信号的概念 信号的分类15信号与系统分析电子教案5 5、能量信号与功率信号、能量信号与功率信号 任何信号通过系统时都伴随着一定能量或功率的传输，任何信号通过系统时都伴随着一定能量或功率的传输，表明信号具有能量或功率特性。表明信号具有能量或功率特性。（根据信号的能量或功率是否有限来分类）（根据信号的能量或功率是否有限来分类）将信号将信号 施加于施加于 电阻上，它所消耗的瞬时功率为电阻上，它所消耗的瞬时功率为 ，则定义：则定义：能量信号能量信号：信号的能量有限，即信号的能量有限，即具有
15、有限幅值的时限信号都是能量信号具有有限幅值的时限信号都是能量信号。具有有限值的周期信号都是功率信号具有有限值的周期信号都是功率信号。信号的能量信号的能量信号的功率信号的功率功率信号功率信号：信号的功率有限，即：信号的功率有限，即信号的概念 信号的分类16信号与系统分析电子教案小结信号的概念信号的概念 小结信号是信息的表现形式信号是信息的表现形式电信号最容易产生、传输、存储、处理电信号最容易产生、传输、存储、处理我们研究的是将各种信息经转换而成的电信号我们研究的是将各种信息经转换而成的电信号物理描述：应注意信号的物理解释以帮助理解物理描述：应注意信号的物理解释以帮助理解数学描述：本书的对象：化成
16、数学语言的信号数学描述：本书的对象：化成数学语言的信号 （简捷）（简捷）图形描述：直观、形象，与数学描述相对应图形描述：直观、形象，与数学描述相对应信号的描述信号的描述1.1 信号的概念17信号与系统分析电子教案信号的分类信号的分类确定性信号和离散信号：根据信号取值是否确定。确定性信号和离散信号：根据信号取值是否确定。连续信号与离散信号：连续信号与离散信号：根据信号的自变量取值根据信号的自变量取值 是否连续。是否连续。因果信号与非因果信号：根据信号在计时起点之因果信号与非因果信号：根据信号在计时起点之 前取值是否为零前取值是否为零。周期信号与非周期信号：根据信号在某一区间内周期信号与非周期信号：根据信号在某一区间内 是否重复出现。是否重复出现。能量信号和功率信号：能量信号和功率信号：根据信号的能量或功率根据信号的能量或功率 是否有限。是否有限。小结信号的概念18