信號(hào)及其頻譜分析

1.1信號(hào)的分類(lèi)與描述0At信號(hào)波形圖：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)物理量隨時(shí)間的變化情況。第1頁(yè)/共95頁(yè)第一章、信號(hào)分析基礎(chǔ)

為深入了解信號(hào)的物理實(shí)質(zhì)，將其進(jìn)行分類(lèi)研究是非常必要的，從不同角度觀察信號(hào)，可分為：1從信號(hào)描述上分--確定性信號(hào)(可用明確的數(shù)學(xué)關(guān)系描述)

與非確定性信號(hào)；2從信號(hào)的幅值和能量上--能量信號(hào)與功率信號(hào)；3從分析域上--時(shí)域與頻域；第2頁(yè)/共95頁(yè)第一章、信號(hào)分析基礎(chǔ)4從連續(xù)性--連續(xù)時(shí)間信號(hào)（任意時(shí)間都有確定函數(shù)值的信號(hào)）--離散時(shí)間信號(hào)(時(shí)間上離散，只在某些不連續(xù)的規(guī)定瞬時(shí)給出函數(shù)值)5從可實(shí)現(xiàn)性

--物理可實(shí)現(xiàn)信號(hào)與物理不可實(shí)現(xiàn)信號(hào)。第3頁(yè)/共95頁(yè)1.1信號(hào)的分類(lèi)與描述

1確定性信號(hào)與非確定性信號(hào)

可以用明確數(shù)學(xué)關(guān)系式描述的信號(hào)稱(chēng)為確定性信號(hào)。不能用數(shù)學(xué)關(guān)系式描述的信號(hào)稱(chēng)為非確定性信號(hào)。第4頁(yè)/共95頁(yè)1.1信號(hào)的分類(lèi)與描述

周期信號(hào)：經(jīng)過(guò)一定時(shí)間可以重復(fù)出現(xiàn)的信號(hào)

x(t)

=

x(t+nT)簡(jiǎn)單周期信號(hào)復(fù)雜周期信號(hào)第5頁(yè)/共95頁(yè)第6頁(yè)/共95頁(yè)1.1信號(hào)的分類(lèi)與描述b)非周期信號(hào)：不會(huì)重復(fù)出現(xiàn)的信號(hào)。準(zhǔn)周期信號(hào):由多個(gè)周期信號(hào)合成，但各信號(hào)頻率不成公倍數(shù)(無(wú)公共周期)。如：x(t)=sin(t)+sin(√2t)第7頁(yè)/共95頁(yè)瞬態(tài)信號(hào):持續(xù)時(shí)間有限的信號(hào)，如x(t)=e-Bt.Asin(2*pi*f*t)第8頁(yè)/共95頁(yè)1.1信號(hào)的分類(lèi)與描述c)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(guò)程。噪聲信號(hào)(平穩(wěn))統(tǒng)計(jì)特性變異噪聲信號(hào)(非平穩(wěn))平穩(wěn)信號(hào)的均值和時(shí)間無(wú)關(guān)為常數(shù)，自相關(guān)函數(shù)和起點(diǎn)無(wú)關(guān)，只和兩點(diǎn)的時(shí)間差有關(guān)。第9頁(yè)/共95頁(yè)第10頁(yè)/共95頁(yè)1.1信號(hào)的分類(lèi)與描述

2能量信號(hào)與功率信號(hào)

a)能量信號(hào)在所分析的區(qū)間（-∞，∞），能量為有限值的信號(hào)稱(chēng)為能量信號(hào)，滿(mǎn)足條件：一般持續(xù)時(shí)間有限的瞬態(tài)信號(hào)是能量信號(hào)。第11頁(yè)/共95頁(yè)第12頁(yè)/共95頁(yè)1.1信號(hào)的分類(lèi)與描述b)功率信號(hào)

在所分析的區(qū)間（-∞，∞），能量不是有限值．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(wú)限的信號(hào)都屬于功率信號(hào):第13頁(yè)/共95頁(yè)1.1信號(hào)的分類(lèi)與描述

3時(shí)限與頻限信號(hào)

a)時(shí)域有限信號(hào)在時(shí)間段(t1,t2)內(nèi)有定義，其外恒等于零．

b)頻域有限信號(hào)在頻率區(qū)間(f1,f2)內(nèi)有定義，其外恒等于零．三角脈沖信號(hào)正弦波幅值譜第14頁(yè)/共95頁(yè)1.1信號(hào)的分類(lèi)與描述

4連續(xù)時(shí)間信號(hào)與離散時(shí)間信號(hào)

a)連續(xù)時(shí)間信號(hào):在所有時(shí)間點(diǎn)上有定義

b)離散時(shí)間信號(hào):在若干時(shí)間點(diǎn)上有定義采樣信號(hào)第15頁(yè)/共95頁(yè)1.1信號(hào)的分類(lèi)與描述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)：又稱(chēng)為單邊信號(hào)，滿(mǎn)足條件：

t＜0時(shí)，x(t)=0，即在時(shí)刻小于零的一側(cè)全為零。第16頁(yè)/共95頁(yè)1.1信號(hào)的分類(lèi)與描述

b)物理不可實(shí)現(xiàn)信號(hào)：在事件發(fā)生前(t<0)就預(yù)制信號(hào)。第17頁(yè)/共95頁(yè)第18頁(yè)/共95頁(yè)第19頁(yè)/共95頁(yè)第20頁(yè)/共95頁(yè)第21頁(yè)/共95頁(yè)第22頁(yè)/共95頁(yè)第23頁(yè)/共95頁(yè)第24頁(yè)/共95頁(yè)第一章、信號(hào)分析基礎(chǔ)1.2信號(hào)的時(shí)域波形分析

信號(hào)的時(shí)域波形分析是最常用的信號(hào)分析手段，用示波器、萬(wàn)用表等普通儀器直接顯示信號(hào)波形，讀取特征參數(shù)。第25頁(yè)/共95頁(yè)第一章、信號(hào)分析基礎(chǔ)1、信號(hào)波形圖

周期T，頻率f=1/T峰值PAtT

PPp-p雙峰值Pp-p第26頁(yè)/共95頁(yè)1.2信號(hào)的時(shí)域波形分析

4、均值

均值E[x(t)]表示集合平均值或數(shù)學(xué)期望值。均值：反映了信號(hào)變化的中心趨勢(shì)，也稱(chēng)之為直流分量。第27頁(yè)/共95頁(yè)1.2信號(hào)的時(shí)域波形分析

5、均方值

信號(hào)的均方值E[x2(t)]，表達(dá)了信號(hào)的強(qiáng)度；其正平方根值，又稱(chēng)為有效值(RMS)，也是信號(hào)平均能量的一種表達(dá)。

第28頁(yè)/共95頁(yè)1.2信號(hào)的時(shí)域波形分析

6、方差方差：反映了信號(hào)繞均值的波動(dòng)程度。信號(hào)x(t)的方差定義為：

大方差

小方差

第29頁(yè)/共95頁(yè)1.2信號(hào)的時(shí)域波形分析

7、波形分析的應(yīng)用超門(mén)限報(bào)警信號(hào)類(lèi)型識(shí)別

基本參數(shù)識(shí)別Pp-p第30頁(yè)/共95頁(yè)1.2信號(hào)的時(shí)域波形分析

案例：汽車(chē)速度測(cè)量:第31頁(yè)/共95頁(yè)1.2信號(hào)的時(shí)域波形分析

案例：旅游索道鋼纜檢測(cè)超門(mén)限報(bào)警

第32頁(yè)/共95頁(yè)第33頁(yè)/共95頁(yè)第34頁(yè)/共95頁(yè)第35頁(yè)/共95頁(yè)第36頁(yè)/共95頁(yè)第37頁(yè)/共95頁(yè)第38頁(yè)/共95頁(yè)1.3周期信號(hào)的頻譜分析

第39頁(yè)/共95頁(yè)第40頁(yè)/共95頁(yè)第41頁(yè)/共95頁(yè)第42頁(yè)/共95頁(yè)例：求下列方波型號(hào)的頻譜第43頁(yè)/共95頁(yè)第44頁(yè)/共95頁(yè)第45頁(yè)/共95頁(yè)該周期方波只含有直流分量和奇次諧波分量第46頁(yè)/共95頁(yè)第47頁(yè)/共95頁(yè)第48頁(yè)/共95頁(yè)第49頁(yè)/共95頁(yè)第50頁(yè)/共95頁(yè)第51頁(yè)/共95頁(yè)第52頁(yè)/共95頁(yè)第53頁(yè)/共95頁(yè)1.3非周期信號(hào)的頻譜分析

第54頁(yè)/共95頁(yè)第55頁(yè)/共95頁(yè)第56頁(yè)/共95頁(yè)第57頁(yè)/共95頁(yè)第58頁(yè)/共95頁(yè)第59頁(yè)/共95頁(yè)第60頁(yè)/共95頁(yè)第61頁(yè)/共95頁(yè)第62頁(yè)/共95頁(yè)第63頁(yè)/共95頁(yè)第64頁(yè)/共95頁(yè)第65頁(yè)/共95頁(yè)第66頁(yè)/共95頁(yè)第67頁(yè)/共95頁(yè)第68頁(yè)/共95頁(yè)第69頁(yè)/共95頁(yè)第70頁(yè)/共95頁(yè)第71頁(yè)/共95頁(yè)第72頁(yè)/共95頁(yè)第73頁(yè)/共95頁(yè)第74頁(yè)/共95頁(yè)第75頁(yè)/共95頁(yè)第76頁(yè)/共95頁(yè)第77頁(yè)/共95頁(yè)第78頁(yè)/共95頁(yè)第79頁(yè)/共95頁(yè)第80頁(yè)/共95頁(yè)第81頁(yè)/共95頁(yè)第82頁(yè)/共95頁(yè)第83頁(yè)/共95頁(yè)第84頁(yè)/共95頁(yè)第