信号及其频谱分析.pptx

江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院1.1 1.1 信号的分类与描述信号的分类与描述 0At信号波形图：信号波形图：用被测物理量的强度作为纵坐标，用被测物理量的强度作为纵坐标，用时间做横坐标，记录被测物理量随时间的变用时间做横坐标，记录被测物理量随时间的变化情况。化情况。第1页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院第一章、信号分析基础第一章、信号分析基础 为深入了解信号的物理实质，将其进行分类研究为深入了解信号的物理实质，将其进行分类研究是非常必要的，从不同角度观察信号，可分为：是非常必要的，从不同角度观察信号，可分为：1 1 从信号描述上分从信号描述上分-确定性信号确定性信号(可用明确的数学关系描述可用明确的数学关系描述)与非确定性信号；与非确定性信号；2 2 从信号的幅值和能量上从信号的幅值和能量上-能量信号与功率信号；能量信号与功率信号；3 3 从分析域上从分析域上-时域与频域；时域与频域；第2页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院第一章、信号分析基础第一章、信号分析基础4 4 从连续性从连续性-连续时间信号（任意时间都有确定函连续时间信号（任意时间都有确定函数值的信号）数值的信号）-离散时间信号离散时间信号(时间上离散，只在某时间上离散，只在某些不连续的规定瞬时给出函数值些不连续的规定瞬时给出函数值)5 5 从可实现性从可实现性 -物理可实现信号与物理不可实现信号物理可实现信号与物理不可实现信号。第3页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院1.1 1.1 信号的分类与描述信号的分类与描述 1 1 确定性信号与非确定性信号确定性信号与非确定性信号 可以用明确数学关系式描述的信号称为确定可以用明确数学关系式描述的信号称为确定性信号。不能用数学关系式描述的信号称为非确性信号。不能用数学关系式描述的信号称为非确定性信号。定性信号。第4页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院1.1 1.1 信号的分类与描述信号的分类与描述 a)a)周期信号：经过一定时间可以重复出现的信号周期信号：经过一定时间可以重复出现的信号 x(t)x(t)=x(t+nT)x(t+nT)简单周期信号简单周期信号复杂周期信号复杂周期信号第5页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院第6页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院1.1 信号的分类与描述信号的分类与描述 b)b)非周期信号：不会重复出现的信号。非周期信号：不会重复出现的信号。准准周周期期信信号号:由由多多个个周周期期信信号号合合成成，但但各各信信号号频频率率不不成成公倍数公倍数(无公共周期无公共周期)。如：。如：x(t)=sin(t)+sin(2t)x(t)=sin(t)+sin(2t)第7页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院瞬态信号瞬态信号:持续时间有限的信号，持续时间有限的信号，如如 x(t)=e-Bt.Asin(2*pi*f*t)第8页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院1.1 信号的分类与描述信号的分类与描述 c)c)非非确确定定性性信信号号：不不能能用用数数学学式式描描述述，其其幅幅值值、相相位位变化不可预知，所描述物理现象是一种随机过程。变化不可预知，所描述物理现象是一种随机过程。噪声信号噪声信号(平稳平稳)统计特性变异统计特性变异噪声信号噪声信号(非平稳非平稳)平稳信号的均值和时间无关为常数，自相关函数和起点无关，只和两点的时间差有关。第9页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院第10页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院1.1 1.1 信号的分类与描述信号的分类与描述 2 2 能量信号与功率信号能量信号与功率信号 a)a)能量信号能量信号 在在所所分分析析的的区区间间（-，），能能量量为为有有限限值的信号称为能量信号，满足条件：值的信号称为能量信号，满足条件：一般持续时间有限的瞬态信号是能量信号。一般持续时间有限的瞬态信号是能量信号。第11页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院第12页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院1.1 信号的分类与描述信号的分类与描述 b)b)功率信号功率信号 在在所所分分析析的的区区间间（-，），能能量量不不是是有有限限值此时，研究信号的平均功率更为合适。值此时，研究信号的平均功率更为合适。一般持续时间无限的信号都属于功率信号一般持续时间无限的信号都属于功率信号:第13页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院1.1 1.1 信号的分类与描述信号的分类与描述 3 3 时限与频限信号时限与频限信号 a)a)时域有限信号时域有限信号在时间段在时间段 (t1,t2)(t1,t2)内有定义，其外恒等于零内有定义，其外恒等于零 b)b)频域有限信号频域有限信号在频率区间在频率区间(f1,f2)(f1,f2)内有定义，其外恒等于零内有定义，其外恒等于零 三角脉冲信号三角脉冲信号正弦波幅值谱正弦波幅值谱第14页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院1.1 1.1 信号的分类与描述信号的分类与描述 4 4 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 a)a)连续时间信号连续时间信号:在所有时间点上有定义在所有时间点上有定义 b)b)离散时间信号离散时间信号:在若干时间点上有定义在若干时间点上有定义采样信号采样信号第15页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院1.1 信号的分类与描述信号的分类与描述 5 5 物理可实现信号与物理不可实现信号物理可实现信号与物理不可实现信号a)a)物理可实现信号：又称为单边信号，满足条件：物理可实现信号：又称为单边信号，满足条件：t t0 0时，时，x(t)=0 x(t)=0，即在时刻小于零的一侧全为零。即在时刻小于零的一侧全为零。第16页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院1.1 1.1 信号的分类与描述信号的分类与描述 b)b)物物理理不不可可实实现现信信号号：在在事事件件发发生生前前(t0)(t0)就就预预制信号。制信号。第17页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院第18页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院第19页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院第20页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院第21页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院第22页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院第23页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院第24页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院第一章、信号分析基础第一章、信号分析基础1.2 1.2 信号的时域波形分析信号的时域波形分析 信号的时域波形分析是最常用的信号分析手段，信号的时域波形分析是最常用的信号分析手段，用示波器、万用表等普通仪器直接显示信号波形，用示波器、万用表等普通仪器直接显示信号波形，读取特征参数。读取特征参数。第25页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院第一章、信号分析基础第一章、信号分析基础1 1、信号波形图、信号波形图 周期周期T T，频率，频率f=1/Tf=1/T峰值峰值PAtT PPp-p双峰值双峰值Pp-p第26页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院1.2 信号的时域波形分析信号的时域波形分析 4 4、均值、均值 均值均值Ex(t)Ex(t)表示集合平均值或数学期望值。表示集合平均值或数学期望值。均值：反映了信号变化的中心趋势，也称之为均值：反映了信号变化的中心趋势，也称之为直流分量。直流分量。第27页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院1.2 信号的时域波形分析信号的时域波形分析 5 5、均方值、均方值 信号的均方值信号的均方值ExEx2 2(t)(t)，表达了信号的强度；，表达了信号的强度；其正平方根值，又称为有效值其正平方根值，又称为有效值(RMS)(RMS)，也是信号平，也是信号平均能量的一种表达。均能量的一种表达。第28页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院1.2 信号的时域波形分析信号的时域波形分析 6 6、方差、方差方差：反映了信号绕均值的波动程度。方差：反映了信号绕均值的波动程度。信号信号x(t)x(t)的方差定义为：的方差定义为：大方差大方差 小方差小方差 第29页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院1.2 信号的时域波形分析信号的时域波形分析 7 7、波形分析的应用、波形分析的应用超门限报警超门限报警 信号类型识别信号类型识别 基本参数识别基本参数识别 Pp-p第30页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院1.2 信号的时域波形分析信号的时域波形分析 案例：案例：汽车速度测量汽车速度测量:第31页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院1.2 信号的时域波形分析信号的时域波形分析 案例：案例：旅游索道钢缆检测旅游索道钢缆检测超门限报警超门限报警 第32页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院第33页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院第34页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院第35页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院第36页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院第37页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院第38页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院1.3 1.3 周期信号的频谱分析周期信号的频谱分析 第39页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院第40页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院第41页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院第42页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院例：求下列方波型号的频谱例：求下列方波型号的频谱第43页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院第44页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院第45页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院该周期方波只含有直流分量和奇次谐波分量该周期方波只含有直流分量和奇次谐波分量第46页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院第47页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院第48页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院第49页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院第50页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院第51页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院第52页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院第53页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院1.3 1.3 非周期信号的频谱分析非周期信号的频谱分析 第54页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院第55页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院第56页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院第57页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院第58页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院第59页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院第60页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院第61页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院第62页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院第63页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院第64页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院第65页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院第66页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院第67页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院第68页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院第69页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院第70页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院第71页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院第72页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院第73页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院第74页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院第75页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院第76页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院第77页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院第78页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院第79页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院第80页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院第81页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院第82页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院第83页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院第84页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院第85页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院第86页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院第87页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院第88页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院第89页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院第90页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院第91页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院第92页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院第93页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院第94页/共95页江苏科技大学机械学院江苏科技大学机械学院第95页/共95页