信號(hào)與線性系統(tǒng) 第1講

1、信號(hào)與線性系統(tǒng)信號(hào)與線性系統(tǒng)主講教師：王世杰主講教師：王世杰聯(lián)系方式聯(lián)系方式:E-mail: Tel: 83794249(o)考書目：參考書目：4 鄭君里、楊為理、應(yīng)啟珩. 信號(hào)與系統(tǒng), 清華大學(xué)出版社, 20003 A.V.Oppenheim等著, 劉樹堂譯. 信號(hào)與系統(tǒng). 西安交通大學(xué)出版社，1998 2 管致中、夏恭恪、孟橋. 信號(hào)與線性系統(tǒng)（第四版）. 高等教育出版社，20045 吳大正 主編. 信號(hào)與線性系統(tǒng)分析（第三版）, 高等教育出版社, 19981 閻鴻森、王新鳳、田惠生. 信號(hào)與線性系統(tǒng). 西安交通大學(xué)出版社，1999信號(hào)與系統(tǒng)問題無處不在信號(hào)與系統(tǒng)

2、問題無處不在 通訊通訊 古老通訊方式：烽火、旗語、信號(hào)燈古老通訊方式：烽火、旗語、信號(hào)燈 近代通訊方式：電報(bào)、電話、無線通訊近代通訊方式：電報(bào)、電話、無線通訊 現(xiàn)代通訊方式：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊、視頻電視現(xiàn)代通訊方式：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊、視頻電視傳播、衛(wèi)星傳輸、移動(dòng)通訊傳播、衛(wèi)星傳輸、移動(dòng)通訊信息、消息、信號(hào)信息、消息、信號(hào)通訊、通訊系統(tǒng)通訊、通訊系統(tǒng)信息科學(xué)已滲透到所有現(xiàn)代自信息科學(xué)已滲透到所有現(xiàn)代自然科學(xué)和社會(huì)科學(xué)領(lǐng)域然科學(xué)和社會(huì)科學(xué)領(lǐng)域 工業(yè)監(jiān)控、生產(chǎn)調(diào)度、質(zhì)量分析、資源遙感、工業(yè)監(jiān)控、生產(chǎn)調(diào)度、質(zhì)量分析、資源遙感、地震預(yù)報(bào)、人工智能、高效農(nóng)業(yè)、交通監(jiān)控地震預(yù)報(bào)、人工智能、高效農(nóng)業(yè)、交通監(jiān)控 宇宙

3、探測(cè)、軍事偵察、武器技術(shù)、安全報(bào)警、宇宙探測(cè)、軍事偵察、武器技術(shù)、安全報(bào)警、指揮系統(tǒng)指揮系統(tǒng) 經(jīng)濟(jì)預(yù)測(cè)、財(cái)務(wù)統(tǒng)計(jì)、市場(chǎng)信息經(jīng)濟(jì)預(yù)測(cè)、財(cái)務(wù)統(tǒng)計(jì)、市場(chǎng)信息 、股市分析、股市分析 電子出版、新聞傳媒、影視制作電子出版、新聞傳媒、影視制作 遠(yuǎn)程教育、遠(yuǎn)程醫(yī)療、遠(yuǎn)程會(huì)議遠(yuǎn)程教育、遠(yuǎn)程醫(yī)療、遠(yuǎn)程會(huì)議 虛擬儀器、虛擬手術(shù)虛擬儀器、虛擬手術(shù)信息時(shí)代的特征：信息時(shí)代的特征： 用信息科學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的理論和手段來解決科用信息科學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的理論和手段來解決科學(xué)工程和經(jīng)濟(jì)問題。學(xué)工程和經(jīng)濟(jì)問題。一切信息活動(dòng)都離不開系統(tǒng)的作用一切信息活動(dòng)都離不開系統(tǒng)的作用信息活動(dòng)：信息活動(dòng)：信息的獲取、交換、傳輸、處理、儲(chǔ)存與再現(xiàn)

4、。信息的獲取、交換、傳輸、處理、儲(chǔ)存與再現(xiàn)。信號(hào)傳輸技術(shù)信號(hào)傳輸技術(shù)信號(hào)處理技術(shù)信號(hào)處理技術(shù)信號(hào)分析與系統(tǒng)分析信號(hào)分析與系統(tǒng)分析第一章第一章 緒論緒論了解本門課程所要研究的問題了解本門課程所要研究的問題了解信號(hào)的概念、分類了解信號(hào)的概念、分類了解系統(tǒng)的概念、分類了解系統(tǒng)的概念、分類初步了解信號(hào)與系統(tǒng)的分析方法初步了解信號(hào)與系統(tǒng)的分析方法 信號(hào)與系統(tǒng)信號(hào)與系統(tǒng)要研究的問題要研究的問題信號(hào)與系統(tǒng)的研究對(duì)象信號(hào)與系統(tǒng)的研究對(duì)象信號(hào)信號(hào)系統(tǒng)系統(tǒng)信號(hào)是系統(tǒng)處理的對(duì)象，系統(tǒng)是信號(hào)的載體信號(hào)是系統(tǒng)處理的對(duì)象，系統(tǒng)是信號(hào)的載體信號(hào)分析、系統(tǒng)分析信號(hào)分析、系統(tǒng)分析信號(hào)與系統(tǒng)的研究?jī)?nèi)容信號(hào)與系統(tǒng)的研究?jī)?nèi)容信號(hào)作用

5、于系統(tǒng)產(chǎn)生什么響應(yīng)？信號(hào)作用于系統(tǒng)產(chǎn)生什么響應(yīng)？是信息的表現(xiàn)形式，信息是信號(hào)的具體內(nèi)容是信息的表現(xiàn)形式，信息是信號(hào)的具體內(nèi)容系統(tǒng)是由若干相互作用和相互依賴的單系統(tǒng)是由若干相互作用和相互依賴的單元組合而成的具有特定功能的整體元組合而成的具有特定功能的整體A、信號(hào)的描述、信號(hào)的描述廣義地說，信號(hào)是隨時(shí)間變換的某種物理量。廣義地說，信號(hào)是隨時(shí)間變換的某種物理量。l物理上：信號(hào)是信息的表現(xiàn)形式物理上：信號(hào)是信息的表現(xiàn)形式l數(shù)學(xué)上：信號(hào)是一個(gè)或多個(gè)變量的函數(shù)數(shù)學(xué)上：信號(hào)是一個(gè)或多個(gè)變量的函數(shù)l形態(tài)上：信號(hào)表現(xiàn)為一種波形形態(tài)上：信號(hào)表現(xiàn)為一種波形以正弦電壓信號(hào)為例，以正弦電壓信號(hào)為例，其數(shù)學(xué)描述為：其數(shù)學(xué)

6、描述為：信號(hào)分析信號(hào)分析B、信號(hào)分類、信號(hào)分類1 確定信號(hào)確定信號(hào)：信號(hào)可以用一個(gè)確定的時(shí)間函數(shù)加以確定；：信號(hào)可以用一個(gè)確定的時(shí)間函數(shù)加以確定；隨機(jī)信號(hào)：隨機(jī)信號(hào)：信號(hào)不可以用一個(gè)確定的時(shí)間函數(shù)加以確定信號(hào)不可以用一個(gè)確定的時(shí)間函數(shù)加以確定只能用統(tǒng)計(jì)特性加以描述只能用統(tǒng)計(jì)特性加以描述.2 連續(xù)信號(hào)：連續(xù)信號(hào)：除若干不連續(xù)的時(shí)間點(diǎn)外，每個(gè)時(shí)間點(diǎn)除若干不連續(xù)的時(shí)間點(diǎn)外，每個(gè)時(shí)間點(diǎn)t上都有上都有對(duì)應(yīng)的信號(hào)值。對(duì)應(yīng)的信號(hào)值。 離散信號(hào)：離散信號(hào)：信號(hào)只在某些不連續(xù)的時(shí)間點(diǎn)上有信號(hào)值，其它信號(hào)只在某些不連續(xù)的時(shí)間點(diǎn)上有信號(hào)值，其它 時(shí)間點(diǎn)上信號(hào)沒有定義。時(shí)間點(diǎn)上信號(hào)沒有定義。 自變量連續(xù)，信號(hào)值連續(xù)自

7、變量連續(xù)，信號(hào)值連續(xù)連續(xù)信號(hào)連續(xù)信號(hào): x(t)自變量離散，信號(hào)值連續(xù)自變量離散，信號(hào)值連續(xù)離散信號(hào)離散信號(hào): x(n)自變量離散，信號(hào)值離散自變量離散，信號(hào)值離散數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)OuOu t 連續(xù)信號(hào)連續(xù)信號(hào)離散信號(hào)離散信號(hào)抽樣抽樣問題問題2 如何采用最少的點(diǎn)并保持信號(hào)所帶信息？如何采用最少的點(diǎn)并保持信號(hào)所帶信息？連續(xù)信號(hào)和離散信號(hào)連續(xù)信號(hào)和離散信號(hào)：?jiǎn)栴}問題1 如何從連續(xù)到離散？如何從連續(xù)到離散？ 3 周期信號(hào)：周期信號(hào)：存在存在 T 或或 N ，對(duì)于任意時(shí)間，對(duì)于任意時(shí)間 t 或或 n 都有都有 4 能量信號(hào)：能量信號(hào)：總能量為有限值的信號(hào)總能量為有限值的信號(hào) 功率信號(hào)：功率信號(hào)：總能量

8、為無限值、平均功率為有限值的信號(hào)總能量為無限值、平均功率為有限值的信號(hào)非周期信號(hào)：非周期信號(hào)：不存在不存在T，使，使)()(txTtx)()(nxNnxdt) t (xW2連續(xù)時(shí)間信號(hào)的能量nnx2)(W離散時(shí)間信號(hào)的能量C、信號(hào)特性、信號(hào)特性:1、時(shí)間特性：波形、周期、信號(hào)本身變化速率、時(shí)間特性：波形、周期、信號(hào)本身變化速率2、頻率特性：振幅、相位、頻率、頻帶、頻率特性：振幅、相位、頻率、頻帶3、時(shí)間特性與頻率特性的關(guān)系、時(shí)間特性與頻率特性的關(guān)系D、信號(hào)分析方法、信號(hào)分析方法:基本思想：將基本思想：將信號(hào)分解信號(hào)分解為簡(jiǎn)單信號(hào)的線性組合為簡(jiǎn)單信號(hào)的線性組合信號(hào)分解信號(hào)分解時(shí)域分解：時(shí)域分解：

9、頻域分解：頻域分解：復(fù)頻域分解：復(fù)頻域分解：復(fù)指數(shù)信號(hào)tjenjeste復(fù)指數(shù)信號(hào)nz單位沖激信號(hào)單位脈沖序列)(t)(nC、信號(hào)特性、信號(hào)特性:1、時(shí)間特性：波形、周期、信號(hào)本身變化速率、時(shí)間特性：波形、周期、信號(hào)本身變化速率2、頻率特性：振幅、相位、頻率、頻帶、頻率特性：振幅、相位、頻率、頻帶3、時(shí)間特性與頻率特性的關(guān)系、時(shí)間特性與頻率特性的關(guān)系D、信號(hào)分析方法、信號(hào)分析方法:基本思想：將基本思想：將信號(hào)分解信號(hào)分解為簡(jiǎn)單信號(hào)的線性組合為簡(jiǎn)單信號(hào)的線性組合信號(hào)分解信號(hào)分解時(shí)域分解：時(shí)域分解：頻域分解：頻域分解：復(fù)頻域分解：復(fù)頻域分解：復(fù)指數(shù)信號(hào)tjenjeste復(fù)指數(shù)信號(hào)nz單位沖激信號(hào)單

10、位脈沖序列)(t)(n系統(tǒng)是由若干相互聯(lián)系的單元組成的、具有某種功能、系統(tǒng)是由若干相互聯(lián)系的單元組成的、具有某種功能、用以達(dá)到某種目的的有機(jī)整體。用以達(dá)到某種目的的有機(jī)整體。 A、系統(tǒng)、系統(tǒng)系統(tǒng)系統(tǒng)物理系統(tǒng)非物理系統(tǒng) 人工系統(tǒng)：水利，交通，交響樂團(tuán)人工系統(tǒng)：水利，交通，交響樂團(tuán) 神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)系統(tǒng)電系統(tǒng)：對(duì)電信號(hào)進(jìn)行傳輸和處理電系統(tǒng)：對(duì)電信號(hào)進(jìn)行傳輸和處理非電系統(tǒng)：機(jī)械系統(tǒng)，光系統(tǒng)非電系統(tǒng)：機(jī)械系統(tǒng)，光系統(tǒng).社會(huì)社會(huì)，生態(tài)，生態(tài)，經(jīng)濟(jì)，生產(chǎn)管理，經(jīng)濟(jì)，生產(chǎn)管理自然系統(tǒng)：原子，太陽系，宇宙自然系統(tǒng)：原子，太陽系，宇宙系統(tǒng)分析系統(tǒng)分析B、系統(tǒng)分類、系統(tǒng)分類1、連續(xù)系統(tǒng)與離散系統(tǒng)：連續(xù)系統(tǒng)與離散系統(tǒng)：

11、8、集總參數(shù)系統(tǒng)與分布參數(shù)系統(tǒng)、集總參數(shù)系統(tǒng)與分布參數(shù)系統(tǒng):9、單輸入單輸出系統(tǒng)與多輸入多輸出系統(tǒng)、單輸入單輸出系統(tǒng)與多輸入多輸出系統(tǒng):處理對(duì)象處理對(duì)象2、線性系統(tǒng)與非線性系統(tǒng)：線性系統(tǒng)與非線性系統(tǒng)：3、時(shí)變系統(tǒng)與時(shí)不變系統(tǒng)時(shí)變系統(tǒng)與時(shí)不變系統(tǒng):6、因果系統(tǒng)與非因果系統(tǒng)因果系統(tǒng)與非因果系統(tǒng):5、穩(wěn)定系統(tǒng)與不穩(wěn)定系統(tǒng)穩(wěn)定系統(tǒng)與不穩(wěn)定系統(tǒng):4、即時(shí)系統(tǒng)與動(dòng)態(tài)系統(tǒng)即時(shí)系統(tǒng)與動(dòng)態(tài)系統(tǒng):7、可逆系統(tǒng)與不可逆系統(tǒng)可逆系統(tǒng)與不可逆系統(tǒng):系統(tǒng)特性系統(tǒng)特性參量特性參量特性輸入輸出輸入輸出C、系統(tǒng)模型、系統(tǒng)模型數(shù)學(xué)模型：數(shù)學(xué)模型：物理模型物理模型: : 電路圖電路圖輸入輸出模型輸入輸出模型：狀態(tài)空間模型狀態(tài)空間模

12、型：微分方程或差分方程微分方程組或差分方程組根據(jù)基爾霍夫電壓定律根據(jù)基爾霍夫電壓定律)()()()(1tedttidttdiLtRitCdttdeCtidttdiRCdttidLC)()()()(2D D、系統(tǒng)分析、系統(tǒng)分析已知系統(tǒng)特性和激勵(lì)信號(hào)，求系統(tǒng)的輸出；已知系統(tǒng)特性和激勵(lì)信號(hào)，求系統(tǒng)的輸出； 已知系統(tǒng)的輸入和輸出信號(hào)，求系統(tǒng)特性；已知系統(tǒng)的輸入和輸出信號(hào)，求系統(tǒng)特性； 已知輸入信號(hào)和欲得到的輸出信號(hào)，構(gòu)造系統(tǒng)已知輸入信號(hào)和欲得到的輸出信號(hào)，構(gòu)造系統(tǒng)。 系統(tǒng)系統(tǒng))(tx)(nx)(ty)(ny實(shí)際問題實(shí)際問題數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)分析數(shù)學(xué)分析物理解釋物理解釋重點(diǎn)重點(diǎn)：響應(yīng)與激勵(lì)之間的關(guān)系：響應(yīng)與激勵(lì)之間的關(guān)系線性時(shí)不變系統(tǒng)（線性時(shí)不變系統(tǒng)（LTI）分析方法）分析方法：重點(diǎn)重點(diǎn)：響應(yīng)與激勵(lì)之間的關(guān)系：響應(yīng)與激勵(lì)之間的關(guān)系連續(xù)系統(tǒng)：連續(xù)系統(tǒng)：時(shí)域分析：微分方程時(shí)域分析：微分方程頻域分析：連續(xù)時(shí)間傅立葉變換頻域分析：連續(xù)時(shí)間傅立葉變換復(fù)頻域分析：拉普拉斯變