信号分析相关概念.doc

信号分析相关概念
1.耦合
1）流固耦合
流固耦合：流体与固体之间流体动力、结构弹性与惯性力之间的耦合作用。流固耦合力学是流体力学与固体力学交叉而生成的一门力学分支，它是研究变形固体在流场作用下的各种行为以及固体位形对流场影响这二者相互作用的一门科学。流固耦合力学的重要特征是两相介质之间的相互作用，变形固体在流体载荷作用下会产生变形或运动。变形或运动又反过来影响流，从而改变流体载荷的分布和大小，正是这种相互作用将在不同条件下产生形形色色的流固耦合现象。
2）多场耦合
现实工程中，物理场是许多的，温度场，应力场，湿度场等等均属于物理场，而我们要解决的许多问题是这些物理场的叠加问题，因为这些物理场直接是相互影响的。比如炼钢的时候温度高低对于应力分布就有影响。这种多个物理场相互叠加的问题就叫做多场耦合问题，也是一种耦合。
2.信号分析基本概念
2.1信号的概念
信号反映信息的各种物理量，是系统直接进行加工、变换以实现通信的对象。根据载体不同，可以使电的、磁的、声、光、机械等。
2.2信号的分类
2.2.1确定信号与随机信号
给定的自变量的值，是否可以唯一确定信号的取值。
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，是随机信号。
2.2.2周期信号与非周期信号
周期信号f(t)=f(t+nT) 其中n=…-2,-1,0,1,2…
2.2.3时间连续信号与时间离散信号
判断依据是信号的自变量是否在整个连续区间内有定义，有定义则为时间连续信号。
2.2.4模拟信号与数字信号
模拟信号的定义域和值域都是连续的；
数字信号在定义域和值域都是离散的。
2.3信号处理及其目的
1）信号处理是指对信号进行提取、变换、分析和综合处理过程的统称。
2）信号处理的目的是：去伪存真，去除信号中冗余的和次要的成分，包括不仅没有任何意义反而会带来干扰的噪音；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，吧信号变成易于传输、交换与存储的形式，或从编码信息中回复出原式信号。
3.几种典型信号的频谱

4.信号的时域分析和频域分析
4.1信号的时域分析
4.1.1时域波形分析
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，读取特征参数。可以通过信号波形图获取周期、频率、峰值、均值（反映了信号变化的中心趋势）、均方值（表达了信号的强度）、方差（反映了信号的绕均值的波动程度）等。
4.1.2信号的幅值域分析
1）概率密度函数：以每个幅值间隔内出现的概率为纵坐标进行统计分析的方法。反映了信号落在不同幅值强度区域内的概率情况。
2）直方图：以复制大小为横坐标，以每个幅值间内出现的频次为纵坐标进行统计分析的一种方法。
3）概率分布函数：概率分布函数是信号幅值小于等于某值R的概率，又称之为累计概率，表示了落在某一区间的概率。
4.2信号的频域分析
信号的频域分析是采用傅里叶变换将时域信号变换为频域信号，从而帮助人们从另一个角度来了解信号的特征。
时域分析只能反映信号的幅值随时间变化情况，除单频率分量的简谐波外，很难明确揭示信号的频率组成和各频率分量大小。
5.相干分析
5.1相关函数
如果所研究的变量x，y是与时间有关的函数，x(t),y(t)，这时可以引入一个与时间τ有关的量，称为函数的相关系数，有

假定x(t),y(t)是不含直流分量的能量信号，坟墓敞亮，分子是时间τ的函数，反映两个信号在时移中的相关性，称为相关函数。

5.2相关函数的性质
相关函数描述了两个信号间或信号自身不同时刻的相似程度，通过相关分析可以发现信号中许多有规律的东西：
（1） 自相关函数是τ的偶函数。
（2） 当τ=0时，自相关函数具有最大值。
（3） 周期信号的自相关函数仍然是同频率的周期信号，但不保留原信号的相位信息。
（4） 两同频率的周期信号的互相关函数任然是同频率的周期信号，且保留了原信号的相位信息。
（5） 两个非同频率的周期信号互不相关。
（6） 随机信号的自相关函数将随τ的增大快速衰减。
5.3互相关技术的工程应用
在测试技术中互相关技术得到了广泛应用，如测量系统延时、识别、提取混淆在噪声中得信号等。利用想干分析方法鉴别噪声源的主要步骤：
1. 建立物理模型，摸清输入、输出信号的频率特性。根据测试处噪声的发生机理和传递路径，建立输入输出的物理模型。然后测出输出和所有输入功率谱图，分析得出所有的噪声普和加速度谱，确定噪声值峰值处的频率。
2. 用相干分析法鉴别输入与输出的相关性，最终确定噪声峰值频率处噪声来源。