信號(hào)的分類(lèi)22信號(hào)的時(shí)域波形分析

1、信號(hào)分析基礎(chǔ),主講：,1,PPT學(xué)習(xí)交流,第二章、信號(hào)分析基礎(chǔ),本章學(xué)習(xí)內(nèi)容：,1.了解信號(hào)及其分類(lèi)方法 2.掌握信號(hào)時(shí)域波形分析方法 3.掌握信號(hào)時(shí)差域相關(guān)分析方法 4.掌握信號(hào)頻域頻譜分析方法 5.了解其它信號(hào)分析方法,2,PPT學(xué)習(xí)交流,【知識(shí)點(diǎn)】,信號(hào)及其分類(lèi)方法,【重點(diǎn)】,信號(hào)及其分類(lèi)方法 信號(hào)時(shí)域分析方法（相關(guān)分析方法） 信號(hào)頻域分析方法（傅里葉變換） 數(shù)字信號(hào)處理方法（離散傅里葉變換）,信號(hào)時(shí)域分析方法,信號(hào)頻域分析方法,數(shù)字信號(hào)處理方法,3,PPT學(xué)習(xí)交流,一般說(shuō)來(lái)，測(cè)試系統(tǒng)由傳感器、中間變換裝置和顯示記錄裝置三部分組成。,信息轉(zhuǎn)換,信息提取,概述,2.1 信號(hào)的分類(lèi)與描述,4

2、,PPT學(xué)習(xí)交流,概述,簡(jiǎn)諧振動(dòng)信號(hào)測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖,2.1 信號(hào)的分類(lèi)與描述,5,PPT學(xué)習(xí)交流,概述,對(duì)于不同的被測(cè)參量，測(cè)試系統(tǒng)的構(gòu)成及作用原理可以不同；根據(jù)測(cè)試任務(wù)的復(fù)雜程度，一個(gè)測(cè)試系統(tǒng)也可以有簡(jiǎn)單和復(fù)雜之分；根據(jù)不同的作用原理，測(cè)試系統(tǒng)可以是機(jī)械的、電的、液壓的等等。,2.1 信號(hào)的分類(lèi)與描述,6,PPT學(xué)習(xí)交流,概述,在對(duì)待屬性各異的各類(lèi)測(cè)試系統(tǒng)中，常常略去系統(tǒng)具體的物理上的含義，而將其抽象為一個(gè)理想化的模型，目的是為了得到一類(lèi)系統(tǒng)共性的規(guī)律。將系統(tǒng)中變化著的各種物理量，如力、位移、加速度、電壓、電流、光強(qiáng)等稱(chēng)為信號(hào)。,2.1 信號(hào)的分類(lèi)與描述,7,PPT學(xué)習(xí)交流,概述,因此，信

3、號(hào)與系統(tǒng)是緊密相關(guān)的。信號(hào)按一定的規(guī)律作用于系統(tǒng)，而系統(tǒng)在輸入信號(hào)的作用下，對(duì)它進(jìn)行“加工”，并將該“加工”后的信號(hào)進(jìn)行輸出。通常將輸入信號(hào)稱(chēng)為系統(tǒng)的激勵(lì)，而將輸出信號(hào)稱(chēng)為系統(tǒng)的響應(yīng)。,2.1 信號(hào)的分類(lèi)與描述,8,PPT學(xué)習(xí)交流,概述,例如：質(zhì)量彈簧系統(tǒng)在受到一個(gè)激勵(lì)后的運(yùn)動(dòng)狀況，可以通過(guò)系統(tǒng)質(zhì)量塊的位移時(shí)間關(guān)系來(lái)描述。反映質(zhì)量塊位移的時(shí)間變化過(guò)程的信號(hào)則包含了該系統(tǒng)的固有頻率和阻尼比的信息。,2.1 信號(hào)的分類(lèi)與描述,9,PPT學(xué)習(xí)交流,概述,噪聲的概念： 噪聲也是一種信號(hào) ； 任何干擾對(duì)信號(hào)的感知和解釋的現(xiàn)象稱(chēng)為噪聲。 信號(hào)與噪聲的區(qū)別純粹是人為的，且取決于使用者對(duì)兩者的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。 例：

4、齒輪噪聲 信號(hào)理論必須包括噪聲理論。,2.1 信號(hào)的分類(lèi)與描述,10,PPT學(xué)習(xí)交流,2.1 信號(hào)的分類(lèi)與描述,信號(hào)的分類(lèi)主要是依據(jù)信號(hào)波形特征來(lái)劃分的，在介紹信號(hào)分類(lèi)前，先建立信號(hào)波形的概念。,信號(hào)波形：被測(cè)信號(hào)信號(hào)幅度隨時(shí)間的變化歷程稱(chēng)為信號(hào)的波形。,2.1 信號(hào)的分類(lèi)與描述,11,PPT學(xué)習(xí)交流,2.1 信號(hào)的分類(lèi),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。,2.1 信號(hào)的分類(lèi)與描述,12,PPT學(xué)習(xí)交流,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：,2.1 信號(hào)的分類(lèi)與描述,13,PPT學(xué)習(xí)交流,5

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)。,2.1 信號(hào)的分類(lèi)與描述,14,PPT學(xué)習(xí)交流,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)。信號(hào)沿時(shí)間軸演變的特性所作的一種分類(lèi),2.1 信號(hào)的分類(lèi)與描述,15,PPT學(xué)習(xí)交流,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),2.1 信號(hào)的分類(lèi)與描述,16,PPT學(xué)習(xí)交流,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，其中至少有一對(duì)頻率比不是有理數(shù)。如：,瞬態(tài)信號(hào):持續(xù)時(shí)間有限的信號(hào)，如,

6、2.1 信號(hào)的分類(lèi)與描述,17,PPT學(xué)習(xí)交流,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)),2.1 信號(hào)的分類(lèi)與描述,18,PPT學(xué)習(xí)交流,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)。,2.1 信號(hào)的分類(lèi)與描述,19,PPT學(xué)習(xí)交流,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):,2.1 信號(hào)的分類(lèi)與描述,20,PPT學(xué)習(xí)交流,3 時(shí)限與頻限信號(hào),a

7、) 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，其外恒等于零,2.1 信號(hào)的分類(lèi)與描述,21,PPT學(xué)習(xí)交流,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,2.1 信號(hào)的分類(lèi)與描述,22,PPT學(xué)習(xí)交流,4 連續(xù)時(shí)間信號(hào)與離散時(shí)間信號(hào),2.1 信號(hào)的分類(lèi)與描述,23,PPT學(xué)習(xí)交流,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)，滿足條件： t0時(shí)，x(t) = 0， 即在時(shí)刻小于零的一側(cè)全為零。,2.1 信號(hào)的分類(lèi)與描述,24,P

8、PT學(xué)習(xí)交流,b) 物理不可實(shí)現(xiàn)信號(hào)：在事件發(fā)生前(t0)就預(yù)制知信號(hào)。,5 物理可實(shí)現(xiàn)信號(hào)與物理不可實(shí)現(xiàn)信號(hào),2.1 信號(hào)的分類(lèi)與描述,25,PPT學(xué)習(xí)交流,時(shí)域分析法 ： 主要反映信號(hào)的幅值隨時(shí)間變化的特征。 分析系統(tǒng)時(shí)，除采用經(jīng)典的微分或差分方程外，還引入單位脈沖響應(yīng)和單位序列響應(yīng)的概念，借助于卷積積分的方法。 頻域分析法： 將信號(hào)和系統(tǒng)的時(shí)間變量函數(shù)或序列變換成對(duì)應(yīng)頻率域中的某個(gè)變量的函數(shù)，來(lái)研究信號(hào)和系統(tǒng)的頻域特性 。 對(duì)于連續(xù)系統(tǒng)和信號(hào)來(lái)說(shuō)，常采用傅里葉變換和拉普拉斯變換；對(duì)于離散系統(tǒng)和信號(hào)則采用Z變換。 頻域分析法將時(shí)域分析法中的微分或差分方程轉(zhuǎn)換為代數(shù)方程，給問(wèn)題的分析帶來(lái)了方

9、便。,信號(hào)的分析方法,2.2 信號(hào)的時(shí)域波形分析,26,PPT學(xué)習(xí)交流,實(shí)際信號(hào)的形式常常是比較復(fù)雜的。因此常常將復(fù)雜的信號(hào)分解成某些特定類(lèi)型（易于實(shí)現(xiàn)和分析 ）的基本信號(hào)之和 ，如正弦信號(hào)、復(fù)指數(shù)型信號(hào)、階躍信號(hào)、沖激信號(hào)等等 。 信號(hào)的頻域描述即是將一個(gè)時(shí)域信號(hào)變換為一個(gè)頻域信號(hào)，將該信號(hào)分解成一系列基本信號(hào)的頻域表達(dá)形式之和，從頻率分布的角度出發(fā)研究信號(hào)的結(jié)構(gòu)及各種頻率成分的幅值和相位關(guān)系。,信號(hào)的分析方法,2.2 信號(hào)的時(shí)域波形分析,27,PPT學(xué)習(xí)交流,時(shí)域描述直觀地反映信號(hào)隨時(shí)間變化的情況 頻域描述側(cè)重描述信號(hào)的組成成分 無(wú)論采用哪一種描述法,同一信號(hào)均含有相同的信息量,不會(huì)因采取

10、不同的方法而增加或減少原信號(hào)的信息量.,信號(hào)的分析方法,2.2 信號(hào)的時(shí)域波形分析,28,PPT學(xué)習(xí)交流,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)。,2.2 信號(hào)的時(shí)域波形分析,29,PPT學(xué)習(xí)交流,一、信號(hào)波形圖,1 、周期T，頻率f=1/T,2、峰值P：信號(hào)在時(shí)間T內(nèi)的最大值,3、雙峰值Pp-p：信號(hào)在時(shí)間T內(nèi)的最大值與最小值之差,2.2 信號(hào)的時(shí)域波形分析,30,PPT學(xué)習(xí)交流,4、均值,均值Ex(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。,2.2 信號(hào)的時(shí)域波形分析,31,PPT學(xué)習(xí)交流,5、均方值,信號(hào)的均方值Ex2(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)。,2.2 信號(hào)的時(shí)域波形分析,32,PPT學(xué)習(xí)交流,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：,2.2 信號(hào)的時(shí)域波形分析,33,PPT學(xué)習(xí)交流,2.2 信號(hào)的時(shí)域波形分析,34,PPT學(xué)習(xí)交流,二、波形分析的應(yīng)用,2.