測(cè)試技術(shù)11課件

1、2022-3-221主主 要要 內(nèi)內(nèi) 容容2022-3-2221.1信號(hào)的分類和描述 n信號(hào)處理的目的、步驟信號(hào)處理的目的、步驟n信號(hào)的概念、描述、分類信號(hào)的概念、描述、分類n典型信號(hào)介紹典型信號(hào)介紹n信號(hào)的基本運(yùn)算信號(hào)的基本運(yùn)算n信號(hào)的分解信號(hào)的分解內(nèi)容提要內(nèi)容提要2022-3-2231.1.1信號(hào)處理及其目的1 1、信號(hào)處理、信號(hào)處理對(duì)信號(hào)進(jìn)行提取、變換、分析和綜合等處理過程的統(tǒng)稱。2 2、信號(hào)處理的目的、信號(hào)處理的目的去偽存真特征抽取編碼解碼去除信號(hào)中冗余和次要的成分，包括沒有任何意義反而會(huì)帶來干擾的噪音。把信號(hào)變成易于進(jìn)行分析和識(shí)別分析和識(shí)別的形式。編碼編碼:把信號(hào)變成易于傳輸傳輸、交

2、換交換與存儲(chǔ)存儲(chǔ)的形式;解碼解碼:從編碼信號(hào)中恢復(fù)出原始信號(hào)。2022-3-224 信號(hào)是信息的載體和具體表現(xiàn)形式，信號(hào)是信息的載體和具體表現(xiàn)形式，信息需轉(zhuǎn)化為傳輸媒質(zhì)能夠接受的信號(hào)信息需轉(zhuǎn)化為傳輸媒質(zhì)能夠接受的信號(hào)形式方能傳輸。形式方能傳輸。 廣義的說，信號(hào)是隨著時(shí)間變化的廣義的說，信號(hào)是隨著時(shí)間變化的某種物理量。只有在變化的量中，才可某種物理量。只有在變化的量中，才可能含有信息。能含有信息。1.1.2信號(hào)的描述、分類2022-3-2251、信號(hào)描述方法n數(shù)學(xué)描述u使用具體的數(shù)學(xué)表達(dá)式，把信號(hào)描述為一個(gè)或若干個(gè)自變量的函數(shù)函數(shù)或序列序列的形式。)sin()(ttftttf)sin()()()

3、(nuanxn因此，?？蓪ⅰ靶盘?hào)”與“函數(shù)”和“序列”等同起來2022-3-226信號(hào)波形：信號(hào)波形：被測(cè)信號(hào)信號(hào)幅度隨時(shí)間的變化歷程被測(cè)信號(hào)信號(hào)幅度隨時(shí)間的變化歷程稱為信號(hào)的波形。稱為信號(hào)的波形。波形波形信號(hào)波形圖：信號(hào)波形圖：用被測(cè)物理量的強(qiáng)度作為用被測(cè)物理量的強(qiáng)度作為縱坐標(biāo)，用時(shí)間做橫坐標(biāo)，記錄被測(cè)物縱坐標(biāo)，用時(shí)間做橫坐標(biāo)，記錄被測(cè)物理量隨時(shí)間的變化情況。理量隨時(shí)間的變化情況。2022-3-227信號(hào)：信號(hào)：經(jīng)過一定時(shí)間可以重復(fù)出現(xiàn)的信號(hào)經(jīng)過一定時(shí)間可以重復(fù)出現(xiàn)的信號(hào) x ( t )x ( t ) = = x ( t + nT )x ( t + nT )簡(jiǎn)單周期信號(hào)簡(jiǎn)單周期信號(hào)復(fù)雜周期信

4、號(hào)復(fù)雜周期信號(hào)2022-3-228Sa(t)1-4 -3 -2 - 0 2 3 4 t n波形描述u按照函數(shù)隨自變量的變化關(guān)系，把信號(hào)的波形畫出來。tttSa)sin()(2022-3-229 信號(hào)的分類主要是依據(jù)信號(hào)波形特征來劃分信號(hào)的分類主要是依據(jù)信號(hào)波形特征來劃分的，在介紹信號(hào)分類前，先建立信號(hào)波形的概念。的，在介紹信號(hào)分類前，先建立信號(hào)波形的概念。2 2、信號(hào)的分類、信號(hào)的分類簡(jiǎn)單周期信號(hào)簡(jiǎn)單周期信號(hào)準(zhǔn)周期信號(hào)準(zhǔn)周期信號(hào): :由多個(gè)周期信號(hào)合成，但各信號(hào)頻率不成由多個(gè)周期信號(hào)合成，但各信號(hào)頻率不成公倍數(shù)。如：公倍數(shù)。如：x(t) = sin(t)+sin(2.t)x(t) = sin(

5、t)+sin(2.t)瞬態(tài)信號(hào)瞬態(tài)信號(hào):持續(xù)時(shí)間有限的信號(hào)，持續(xù)時(shí)間有限的信號(hào)， 如如 x(t)= e-Bt . Asin(2*pi*f*t)2022-3-2210 信號(hào)信號(hào)確定性信號(hào)確定性信號(hào)隨機(jī)信號(hào)隨機(jī)信號(hào)周期信號(hào)周期信號(hào)非周期信號(hào)非周期信號(hào)平穩(wěn)隨機(jī)平穩(wěn)隨機(jī)非平穩(wěn)隨機(jī)非平穩(wěn)隨機(jī)正玄周期正玄周期復(fù)合周期復(fù)合周期準(zhǔn)周期準(zhǔn)周期瞬態(tài)瞬態(tài)2022-3-22112、信號(hào)的分類 信號(hào)可用函數(shù)表示，有其函數(shù)圖象；信號(hào)讀出儀器的最終信號(hào)輸出形式一般是電流或電壓。 靜態(tài)信號(hào)與動(dòng)態(tài)信號(hào)靜態(tài)信號(hào)與動(dòng)態(tài)信號(hào) 靜態(tài)信號(hào)：不隨時(shí)間靜態(tài)信號(hào)：不隨時(shí)間變化；動(dòng)態(tài)信號(hào)：動(dòng)態(tài)信號(hào)：隨時(shí)間變化。 動(dòng)態(tài)信號(hào)又分為動(dòng)態(tài)信號(hào)又分為：連

6、續(xù)信號(hào)與離散信號(hào) 連續(xù)信號(hào)的圖形為連續(xù)的曲線； 離散信號(hào)的圖形為離散的點(diǎn)或幅值。 確定性信號(hào)與非確定性信號(hào)（隨機(jī)信號(hào)）確定性信號(hào)與非確定性信號(hào)（隨機(jī)信號(hào)） 確定性信號(hào)可用確定的數(shù)學(xué)關(guān)系式表示； 隨機(jī)信號(hào)雖能測(cè)出并且用圖象顯示，但無法用函數(shù)表達(dá)式表示，只能用統(tǒng)計(jì)特征量描述。2022-3-2212 確定性信號(hào)又分為：確定性信號(hào)又分為：周期信號(hào)和非周期信號(hào)周期信號(hào)和非周期信號(hào)周期信號(hào)： x(t) = x（t + nT）， n = 1,2,3,4， ； 離散周期信號(hào) x(n) = x（n + mK）， m =1,2,3， 。 周期信號(hào)定義在（-，）區(qū)間,最小的T 和 K稱之為周期。單個(gè)的正、余弦波形和

7、單個(gè)的方波、三角波不是周期信號(hào)！非周期信號(hào)非周期信號(hào)又包括：又包括： 準(zhǔn)周期信號(hào)和一般（瞬變）非周期信號(hào)準(zhǔn)周期信號(hào)和一般（瞬變）非周期信號(hào)準(zhǔn)周期信號(hào)由有限個(gè)周期信號(hào)合成，但是并無公共周期；2022-3-2213瞬變非周期信號(hào)在一定的時(shí)間區(qū)間內(nèi)存在，或者隨時(shí)間的增長(zhǎng)而衰減至零。 功率信號(hào)和能量信號(hào)功率信號(hào)和能量信號(hào)以信號(hào) x(t) 的平方 x(t) 表示的信號(hào)的功率P(t) 功率信號(hào)，以及用 P(t) 對(duì)時(shí)間的積分表示信號(hào)的能量能量信號(hào)。 離散信號(hào) x(n) 的能量定義為| x(n) | 實(shí)部信號(hào)與復(fù)部信號(hào)實(shí)部信號(hào)與復(fù)部信號(hào) x(t) = = cos t + j sin t由歐拉公式展開得到，分

8、別為 x(t) 的實(shí)部和虛部。tje)(tete2022-3-2214a)a) 周期信號(hào)：經(jīng)過一定時(shí)間可以重復(fù)出現(xiàn)的信號(hào)周期信號(hào)：經(jīng)過一定時(shí)間可以重復(fù)出現(xiàn)的信號(hào) x ( t ) x ( t ) = = x ( t + nT )x ( t + nT )簡(jiǎn)單周期信號(hào)簡(jiǎn)單周期信號(hào)復(fù)雜周期信號(hào)復(fù)雜周期信號(hào)2022-3-2215b) b) 非周期信號(hào)：在不會(huì)重復(fù)出現(xiàn)的信號(hào)。非周期信號(hào)：在不會(huì)重復(fù)出現(xiàn)的信號(hào)。 準(zhǔn)周期信號(hào)準(zhǔn)周期信號(hào): :由多個(gè)周期信號(hào)合成，但各信號(hào)頻率不成由多個(gè)周期信號(hào)合成，但各信號(hào)頻率不成公倍數(shù)。如：公倍數(shù)。如：x(t) = sin(t)+sin(2.t)x(t) = sin(t)+si

9、n(2.t)瞬態(tài)信號(hào)瞬態(tài)信號(hào):持續(xù)時(shí)間有限的信號(hào)，持續(xù)時(shí)間有限的信號(hào)， 如如 x(t)= e-Bt . Asin(2*pi*f*t)2022-3-2216c)c)非確定性信號(hào)：不能用數(shù)學(xué)式描述，其幅值、相非確定性信號(hào)：不能用數(shù)學(xué)式描述，其幅值、相位變化不可預(yù)知，所描述物理現(xiàn)象是一種隨機(jī)過程。位變化不可預(yù)知，所描述物理現(xiàn)象是一種隨機(jī)過程。 噪聲信號(hào)噪聲信號(hào)(平穩(wěn)平穩(wěn))統(tǒng)計(jì)特性變異統(tǒng)計(jì)特性變異噪聲信號(hào)噪聲信號(hào)(非平穩(wěn)非平穩(wěn))2022-3-22172 2 能量信號(hào)與功率信號(hào)能量信號(hào)與功率信號(hào) a)a)能量信號(hào)能量信號(hào) 在所分析的區(qū)間（在所分析的區(qū)間（-，），能量為有限），能量為有限值的信號(hào)稱為能量信

10、號(hào)，滿足條件：值的信號(hào)稱為能量信號(hào)，滿足條件： dttx)(2一般持續(xù)時(shí)間有限的瞬態(tài)信號(hào)是能量信號(hào)。一般持續(xù)時(shí)間有限的瞬態(tài)信號(hào)是能量信號(hào)。2022-3-2218b)b)功率信號(hào)功率信號(hào) 在所分析的區(qū)間（在所分析的區(qū)間（-，），能量不是有限），能量不是有限值此時(shí)，研究信號(hào)的平均功率更為合適。值此時(shí)，研究信號(hào)的平均功率更為合適。 一般持續(xù)時(shí)間無限的信號(hào)都屬于功率信號(hào)一般持續(xù)時(shí)間無限的信號(hào)都屬于功率信號(hào):TTTTdttx)(lim2212022-3-22193 3 時(shí)限與頻限信號(hào)時(shí)限與頻限信號(hào) a) a) 時(shí)域有限信號(hào)時(shí)域有限信號(hào)在時(shí)間段在時(shí)間段 (t1(t1，t2)t2)內(nèi)有定義，其外恒等于零內(nèi)有

11、定義，其外恒等于零 b) b) 頻域有限信號(hào)頻域有限信號(hào)在頻率區(qū)間在頻率區(qū)間(f1(f1，f2 )f2 )內(nèi)有定義，其外恒等于內(nèi)有定義，其外恒等于零零 三角脈沖信號(hào)三角脈沖信號(hào)正弦波幅值譜正弦波幅值譜2022-3-22204 4 連續(xù)時(shí)間信號(hào)與離散時(shí)間信號(hào)連續(xù)時(shí)間信號(hào)與離散時(shí)間信號(hào) a) a) 連續(xù)時(shí)間信號(hào)連續(xù)時(shí)間信號(hào): :在所有時(shí)間點(diǎn)上有定義在所有時(shí)間點(diǎn)上有定義 b)b)離散時(shí)間信號(hào)離散時(shí)間信號(hào): :在若干時(shí)間點(diǎn)上有定義在若干時(shí)間點(diǎn)上有定義采樣信號(hào)采樣信號(hào)2022-3-22215 5 物理可實(shí)現(xiàn)信號(hào)與物理不可實(shí)現(xiàn)信號(hào)物理可實(shí)現(xiàn)信號(hào)與物理不可實(shí)現(xiàn)信號(hào)a)a) 物理可實(shí)現(xiàn)信號(hào)：又稱為單邊信號(hào)，滿

12、足條件：物理可實(shí)現(xiàn)信號(hào)：又稱為單邊信號(hào)，滿足條件： t t0 0時(shí)，時(shí)，x(t) = 0 x(t) = 0， 即在時(shí)刻小于零的一側(cè)全為零。即在時(shí)刻小于零的一側(cè)全為零。2022-3-2222b) b) 物理不可實(shí)現(xiàn)信號(hào)：在事件發(fā)生前物理不可實(shí)現(xiàn)信號(hào)：在事件發(fā)生前(t0)(t0：右移b1：壓縮0：不需反褶0：需要反褶-4 0 6 tf (t)8f (2t)8-2 0 3 tf (-0.5t)8-12 0 8 t倍數(shù)為1/|a|2022-3-22803、相關(guān)運(yùn)算相關(guān)運(yùn)算：相關(guān)運(yùn)算：dtfftftfRtRff)()()(),()(*212121dftf)()(*21dtfftftfRtRff)()()

13、(),()(*121212dftf)()(*12)()()(2*112tftftRff)()(*1221tRtRffff2022-3-2281dftfdtfftRf)()()()()(*實(shí)函數(shù)的自相關(guān)是偶函數(shù)實(shí)函數(shù)的自相關(guān)是偶函數(shù)2022-3-2282自相關(guān)函數(shù)常用來檢測(cè)準(zhǔn)周期信號(hào)的準(zhǔn)周期t-T 0 t T8f()f(-t)(tRf(a)(b)tt是平移量2022-3-22831.1.5信號(hào)分解信信號(hào)號(hào)直流分量直流分量+交流分量交流分量偶分量偶分量+奇分量奇分量實(shí)部分量實(shí)部分量+虛部分量虛部分量脈沖分量脈沖分量正交分量正交分量2022-3-22842)()()()(tftftfEvtfe2)(

14、)()()(tftftfOdtfo)()(21)(Re)(*tftftftfr)()(21)(Im)(*tftfjtftfi信號(hào)的奇分量信號(hào)的偶分量信號(hào)的實(shí)部分量信號(hào)的虛部分量信號(hào)的直流分量22)(1lim)(TTdttfTtfTDC信號(hào)的均值信號(hào)的交流分量)()()(tftftfACAC2022-3-2285信號(hào)可以近似表示為一組矩形脈沖的和的形式。 0 t1 t)(tfs f (t1) t1信號(hào)分解后，1t處寬度為1t的矩形脈沖可以表示為)()()()(11111tttuttutftft于是原始函數(shù)可以表示為：11)()(tttftf2022-3-22862、信號(hào)正交分量分解正交函數(shù)：如果在區(qū)