测试信号处理技术第一章.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,课程要求,平时作业及考勤：,20%,上机实验：,10%,期末考试：,70%,答疑：机械系,B320,电话：,13515533761,Email:,wanghai,考核方式&交作业形式,期末考试采用闭卷考试方式。,做完一章作业后，班长收齐交上。,掌握基础知识，会做重点题型，获得理想成绩,课程内容,信号与信号处理的基本概念,信号分析与处理基础,离散时间序列及其,Z,变换,离散时间信号分析（,DFS,DFT,FFT),数字滤波基础,(,差分方程，,Z,域分析，模 拟滤波器,数字滤波器（,IIR,FIR),随机信号分析基础,第一章 概论,内容提要,信号的概念、描述、分类,信号分析与处理的目的、方法,基本连续信号介绍,连续信号的基本运算,信号的概念,信号是反映（或载有）信息的各种物理量，是系统 直接进行加工、变换以实现通信的对象。,信号是信息的表现形式，信息则是信号的具体内容。,自然和物理信号,例如：语音、图象、地震信号、生理信号等,人工产生的信号,例如：雷达信号、通讯信号、医用超声信号、机械 探伤信号等,信号是信息的载体,信息本身不具备传输和交换的能力，而必须通过信号来实现。,信号是随时间变化的物理量（电、光、文字、符号、图像、数据等），可以认为它是一种传载信息的函数。,信号是信息的载体,图像,图形,信号的获得,声音：麦克风将声音信号转变成为电信号,图像：,模拟相机：光信号控制胶片上的化学反应,数字相机：光信号产生电荷包，再转变为 二维栅上的电信号,。,各种信号的传感器,声音：麦克风,光：半导体器件，如：光电二极管，光电晶 体管，,CMOS,CCD(,电荷耦合器件,),芯片。载流 能力随入射光而变化。,温度：热敏电阻,(,阻值随温度变化,),，半导体 器件，热电偶,(,对温度反应不同两种金属制 成，温差导致电压,),。,其他：,应力传感器，压力传感器，流量传感器,信号描述方法,II,波形描述,按照函数随自变量的变化关系，把信 号的波形画出来。,信号描述方法,I,数学描述,使用具体的数学表达式，把信号描述 为一个或若干个自变量的函数或序列 的形式。,因此，常可将,“信号”与“函数”和“序列”等同起来,信号的波形,信号的频谱,信号的分类,确定信号与随机信号,要点：,给定的自变量的值，是否可以唯一确定信号的取值。,区分方法：,任意给定一个自变量的值，如果可以唯一确定其信号和取值，则该信号是确定信号，否则，如果取值是不确定的随机值，则是随机信号。,周期信号与非周期信号,要点：,关系式是否成立？,周期信号的周期（正值）：,最小,T,值,非周期信号可以视为是周期无穷大的周期信号。,时限信号和频限信号,要点,：一个信号不可能在时域和频域上都是有限的,.,关于周期信号,对于周期信号，因信号周期重现，所以 通常只关心周期区间的宽度，而对区间 的起点则可以根据需要来定,判断信号是否是周期的，参考点可以任 意选取，只关心再现时的间隔,当周期,T,无穷大时，成为非周期信号,考虑如何绘制周期信号示意图：,复制,+,平移 数学表达方式？,信号的分类,时间连续信号与时间离散信号,信号的自变量是否在所讨论的整个连续区间内都有定义？,定义域连续？,时间离散信号,时间连续信号,NO,YES,通常被称为,“序列”,模拟信号、量化信号、抽样信号与数字信号,模拟信号,的定义域和值域都是连续的；,量化信号,的定义域连续而值域离散；,抽样信号,的定义域离散而值域连续；,数字信号,在定义域和值域都是离散的。,计算机特别适合于处理数字信号,信号的分类,模拟信号，抽样信号，数字信号,注意抽样信号与数字信号的取值是有差异的,!,信号的分类,能量信号与功率信号,定义信号的能量为：,连续时间信号,离散时间信号,连续时间信号,离散时间信号,定义信号的功率为：,如果信号的能量是,有限,的，则称为,能量有限信号,，简称,能量信号,。,如果信号的功率是,有限,的，则称为,功率有限信号,，简称,功率信号,。,信号分析,信号分析,信号分析是将一复杂信号分解为若干简单信号分量叠加，并 以这些分量的组成情况去考察信号的特性。,信号分析的基本方法,把频率作为信号的自变量，在频域里进行信号的频谱分析,信号的频谱有两类,幅度谱和相位谱,为什么要进行信号分析？,信号处理及其目的,信号处理,对信号进行某种加工变换或运算（,滤波、相关、卷积、变 换、增强、压缩、估计、识别等,），获取信息或变换为人 们希望的另一种信号形式。,信号处理的目的,去伪存真,去除信号中,冗余,的和,次要,的成分。,特征抽取,把信号变成易于进行,分析,和,识别,的形式。,编码解码,把信号变成易于,传输,、,交换,与,存储,的形式（编码），,或从编码信号中恢复出原始信号（解码）。,数字信号处理的步骤,模数转换,ADC,数字信号处理,DSP,数模转换,DAC,自变量,(,时间,),和 幅值同时离散化,变换域分析、数字 滤波、识别、合成,数字信号还原 为模拟信号,保证信息不丢失的理论基础是：,采样 定理,数字信号处理,(DSP),系统,计算机的普及和高速处理能力，引起了 数字信号的广泛应用，促进了数字信号 技术的发展,数字系统的工作具有可预测性和可重复 性。,模拟系统是由元器件搭建而成的电路，制 造误差范围大，特性随温度变化,体积小，功耗低。,移动手机的发展,高度的灵活性：,修改程序中的一些语句就能修改系统,DSP,的应用实例,蜂窝电话,声纳处理,卫星图像分析,语音识别,语音合成,文字识别,远程医疗监护,数字测绘,条形码阅读,数字摄像机,加密,磁共振成像扫描,高清晰度电视,地震波分析,数字音频,音乐合成,典型普通信号,指数信号：,参数,符号,正号,信号增强,A,0,直流信号,B,负号,信号衰减,CD,绝对值,大,变化速度快,D,小,变化速度慢,C,微分或积分后,还是,指数信号,典型普通信号,正余弦信号：,正弦信号,余弦信号,说明：,(1),A,为振幅,(2),为角频率,(3),为初相位,典型普通信号,复指数信号：,指数因子,s,是复数,复指数信号与正余,弦信号之间的,关系,Sa(,t,),函数的注意事项,表达式,Sa(t)=sin(t)/t,要注意,t=0,处函数值的求法,注意函数的图像特征：偶函数，过零点位 置，形状象水母,名称：抽样函数,与其类似的是,sinc(t)=sin(,t)/,t,典型普通信号,高斯信号：,特点：,(1),形状象一口钟，故有时也称钟形脉冲信号,(2),在,随机信号分析,中有重要地位,奇异信号,单位斜波信号,R(t),：,截顶的单位斜变信号：,奇异信号,单位阶跃信号,(t),：,特点：,(1),与单位斜变信号是,积分,/,微分,关系,(2),用于描述分段信号,奇异信号,单位矩形脉冲信号,G(t),：,脉高：矩形脉冲的高度,脉宽：矩形脉冲的宽度,奇异信号,通过单位阶跃信号的运算结果，可以 不必再用分段的形式表示信号了！,其他信号与矩形信号相乘时，只有在 矩形信号对应的区间内，其他信号的 信息才被保留下来，其余范围都是零,用矩形信号和乘法运算，可以截取 某信号的特定区间片段！,奇异信号,符号函数,sgn(,t),：,用以表示自变量的符号特性,sgn(t)+1=2,(,t),sgn(t)=2,(,t)-1,奇异信号,单位冲激信号：,引入原因：,描述自然界中那些发生后持续时间很短的现象。,信号定义：非常规的定义方法,狄拉克,定义式,冲激信号有一个总的冲激强度，它在整个时间域上 的积分等于该强度值，而在除冲激点之外的其他点的 函数取值为零,。,奇异信号,冲激函数的其他定义方法,普通函数取极限逼近,矩形脉冲，三角脉冲，钟形脉冲，,Sa(t),（借助）卷积运算的定义,卷积不变的函数称为冲激函数,（借助）分配函数或广义函数的概念,广义函数：函数 值映射关系,能从检验函数中筛选出零点 处的函数值的广义函数就是 冲激函数,奇异信号,波形表示：,在冲激点处画一条带箭头的线，线的方向和 长度与冲激强度的符号和大小一致。,冲激点在,t,0,、强度为,E,的冲激信号,奇异信号,冲激函数的性质：,1,对称性：,冲激函数是偶函数,2,尺度压扩性：,（时域）,3,积分,：,4,抽样特性,：,也称“筛选特性”,冲激信号的搬移特性,5,搬移特性,：,函数与单位冲激函数的卷积,一个函数与单位冲激函数的卷积，等价于把该函数,平移,到单位冲激函数的冲激点位置。,冲激信号的搬移特性,证明：,信号运算,常 规 运 算,线性运算,乘除运算,数 学 运 算,微分运算,积分运算,波 形 变 换,平移运算,反褶运算,相 互 运 算,卷积运算,相关运算,尺度变换,(,四则运算,),说明：以上分类并不严格,是为了帮助分类记忆而做的。,信号运算,四则运算：,四则运算后的信号在任意一点的取值定义为原 信号在同一点处函数值作相同四则运算的结果,注意：乘法不能用星号表示，因为表示卷积运算,信号处理专业的人尤其应注意这一区别,!,信号四则运算的用途,冲激信号,冲激串,连续信号,加 法,冲激串,:,产生抽样信号,抽样信号,乘 法,用途,抽样信号,波形表示,抽样信号的产生方法,波形变换,平移运算,参数,b,决定平移方向和位移量,b0,：右移,b0,：不需反褶,1,：压缩,1,：扩张,倍数为,1/|a|,波形变换,反褶运算,将原信号,f(t),的波形,按纵轴对称,翻转过来,波形变换,既有平移，又有压扩，还有反褶，如何对波形进行变换？,I,讲课次序：,先平移，再压扩，最后反褶,II,形象思维：,平移（推），压扩（压），反褶（翻）,越来越费劲,!,信号运算,数学运算：,微分运算,积分运算,描述变化现象,图象边缘提取,描述累积现象,充电过程,连续进行,连续,n,次微分,连续,n,次积分,第一章小结,知识要点,信号的定义、分类,常见、常用的信号,信号运算,知识难点,单位冲激信号：,对定义的理解,性质与用途,信号运算,尺度变换,数学符号物理意义,如何进行信号分析和处理 如何进行信号分析和处理,?,第二章,