第1章信號和系統(tǒng)概述ppt課件

1、第第1章章 信號與系統(tǒng)概述信號與系統(tǒng)概述n1.1 引言引言n1.2 信號的描述與分類信號的描述與分類n1.3 系統(tǒng)的描述與分類系統(tǒng)的描述與分類本章學(xué)習(xí)目標本章學(xué)習(xí)目標n通過本章學(xué)習(xí)，應(yīng)該達到以下要求：通過本章學(xué)習(xí)，應(yīng)該達到以下要求：n（1）掌握信號的概念及分類。）掌握信號的概念及分類。n（2）掌握系統(tǒng)的概念及分類。）掌握系統(tǒng)的概念及分類。1.1 引言引言n當人們直接進行相互交流，互相交換信息時，當人們直接進行相互交流，互相交換信息時，由于聲音信號在空氣中傳播逐漸衰減，其傳輸由于聲音信號在空氣中傳播逐漸衰減，其傳輸距離是有限的。距離是有限的。為了使為了使聲音信號聲音信號能遠距離傳送，能遠距離傳送

2、，人們往往借助于某種設(shè)備，如一種稱為人們往往借助于某種設(shè)備，如一種稱為擴音器擴音器的簡單電系統(tǒng)，它能將聲音信號轉(zhuǎn)換為電信號的簡單電系統(tǒng)，它能將聲音信號轉(zhuǎn)換為電信號并進行能量放大后再發(fā)出聲音信號。這樣，使并進行能量放大后再發(fā)出聲音信號。這樣，使原來的原來的聲音信號經(jīng)過電系統(tǒng)后，能量得到加強，聲音信號經(jīng)過電系統(tǒng)后，能量得到加強，從而使其傳播距離擴大。從而使其傳播距離擴大。然而借助擴音器傳送然而借助擴音器傳送聲音信號的距離還是非常有限的，怎樣將聲音聲音信號的距離還是非常有限的，怎樣將聲音信號傳送得更遠呢？信號傳送得更遠呢？ 返回首頁n經(jīng)過科學(xué)家們的發(fā)明和創(chuàng)造，可以應(yīng)用如圖經(jīng)過科學(xué)家們的發(fā)明和創(chuàng)造，可

3、以應(yīng)用如圖1-1所示的通信系統(tǒng)來完成這樣的傳送任務(wù)。所示的通信系統(tǒng)來完成這樣的傳送任務(wù)。其基本原理是：在發(fā)送端，首先由轉(zhuǎn)換器將待其基本原理是：在發(fā)送端，首先由轉(zhuǎn)換器將待發(fā)的消息，如人們常常使用的語言、文字、圖發(fā)的消息，如人們常常使用的語言、文字、圖像和數(shù)據(jù)等，轉(zhuǎn)換成便于系統(tǒng)傳輸?shù)碾娦盘?。像和?shù)據(jù)等，轉(zhuǎn)換成便于系統(tǒng)傳輸?shù)碾娦盘?。然后由發(fā)射機將該信號變換成易于在信道中正然后由發(fā)射機將該信號變換成易于在信道中正常傳輸?shù)男盘柌⑵渌腿胄诺?。在接收端，由常傳輸?shù)男盘柌⑵渌腿胄诺馈Ｔ诮邮斩?，由接收機將信道中傳輸來的信號接收下來并恢復(fù)接收機將信道中傳輸來的信號接收下來并恢復(fù)成相應(yīng)的電信號，最后再由轉(zhuǎn)換器將

4、電信號轉(zhuǎn)成相應(yīng)的電信號，最后再由轉(zhuǎn)換器將電信號轉(zhuǎn)換成消息。這樣，接收者從獲得的消息中可以換成消息。這樣，接收者從獲得的消息中可以得到發(fā)信者傳送來的、有價值的信息。得到發(fā)信者傳送來的、有價值的信息。轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器信道發(fā)射機接收機待發(fā)消息輸入信號輸出信號接收消息圖1-1 通信系統(tǒng)原理框圖返回本節(jié)1.2 信號的描述與分類信號的描述與分類n1.2.1 信號的描述信號的描述n1.2.2 信號的分類信號的分類返回首頁1.2.1 信號的描述信號的描述n1信號信號信號代表著消息，消息中又含有信息，因此信信號代表著消息，消息中又含有信息，因此信號又可以看作是信息的載體。信號一般是代表號又可以看作是信息的載體。信號

5、一般是代表聲音、圖像和編碼等消息。如聲信號、光信號、聲音、圖像和編碼等消息。如聲信號、光信號、電信號和數(shù)據(jù)信號等。電信號和數(shù)據(jù)信號等。n2信號的特性信號的特性信號的時間信號的時間特性：任何信號都可以表示為隨時特性：任何信號都可以表示為隨時間變化的函數(shù)。間變化的函數(shù)。信號的頻率特性：任何信號可以分解為許多不信號的頻率特性：任何信號可以分解為許多不同頻率的正弦分量之和。同頻率的正弦分量之和。 返回本節(jié)1.2.2 信號的分類信號的分類n1確定性信號和隨機信號確定性信號和隨機信號按信號是否可預(yù)知劃分，可以將信號分為確定按信號是否可預(yù)知劃分，可以將信號分為確定性信號和隨機信號。性信號和隨機信號。n 2一

6、維信號和一維信號和n維信號維信號按信號可以表示為幾個變量的函數(shù)劃分，將信按信號可以表示為幾個變量的函數(shù)劃分，將信號分為一維信號和維信號。號分為一維信號和維信號。 n3時限信號和非時限信號時限信號和非時限信號按信號的持續(xù)時間劃分，將信號分為時限信號按信號的持續(xù)時間劃分，將信號分為時限信號和非時限信號。和非時限信號。 n4連續(xù)時間信號和離散時間信號連續(xù)時間信號和離散時間信號按信號是否是時間的連續(xù)函數(shù)劃分，將信號分按信號是否是時間的連續(xù)函數(shù)劃分，將信號分為連續(xù)時間信號和離散時間信號。為連續(xù)時間信號和離散時間信號。n 5周期信號和非周期信號周期信號和非周期信號按信號是否具有重復(fù)性，可以將信號劃分為周按

7、信號是否具有重復(fù)性，可以將信號劃分為周期信號和非周期信號。期信號和非周期信號。n 6能量信號和功率信號能量信號和功率信號按信號的能量特性劃分，將信號分為能量信號按信號的能量特性劃分，將信號分為能量信號和功率信號。和功率信號。1確定性信號和隨機信號確定性信號和隨機信號n圖圖1-2所示的各個信號中（所示的各個信號中（a）、（）、（b）和（和（c）為確定性信號，可以寫出確定的函數(shù)表達式，為確定性信號，可以寫出確定的函數(shù)表達式，而（而（d）和（和（e）為隨機信號，無法寫出確定為隨機信號，無法寫出確定的函數(shù)表達式。的函數(shù)表達式。01t)(1tf0t)(2tf20t)(3tf21 （a） （b） （c）0

8、t)(4tf0t)(5tf（d） （e） 圖1-2 幾種常見信號 2一維信號和一維信號和n維信號維信號nn維信號指信號是維信號指信號是n個變量的函數(shù)。如靜止平個變量的函數(shù)。如靜止平面圖像信號為平面坐標的函數(shù)，稱為二維信號；面圖像信號為平面坐標的函數(shù)，稱為二維信號；運動的平面圖像信號是的函數(shù)，稱為三維信號。運動的平面圖像信號是的函數(shù)，稱為三維信號。3時限信號和非時限信號時限信號和非時限信號 031t)(1tf圖1-3 時限信號 01t)(2tf031t)(3tf01t)(4tf （a）有始信號 （b）有終信號 （c）無始無終信號圖1-4 非時限信號4連續(xù)時間信號和離散時間信號連續(xù)時間信號和離散時

9、間信號t)(tv22202220單位：伏單位：秒00.010.020.030.04 圖1-5 模擬信號 01t)(tf2-2-11234-2 圖1-6 幅值不連續(xù)的連續(xù)時間信號 （a）模擬信號 （b）抽樣信號 （c）量化信號 （d）編碼信號snT)(tfs012345674.71.04.22.70.8n)(nf0751431n)(nf01234 56111101001100011001234561123456712345671234567t)(tf01234567123 456圖1-7 模擬信號的數(shù)字化過程5周期信號和非周期信號周期信號和非周期信號 t)(tf01234-2 -1-31-1 圖

10、1-8 連續(xù)周期信號 n)(nf012345671-31-121121.21-28-4 圖1-9 離散周期信號6能量信號和功率信號能量信號和功率信號n連續(xù)信號的能量定義為：連續(xù)信號的能量定義為：dttfdttfE2222)()(lim連續(xù)信號的平均功率定義為：連續(xù)信號的平均功率定義為： 222)(1limdttfPn離散信號的能量定義為：離散信號的能量定義為： nNNnNnfnfE22)()(lim離散信號的平均功率定義為：離散信號的平均功率定義為：NNnNnfNP2)(121lim返回本節(jié)1.3 系統(tǒng)的描述與分類系統(tǒng)的描述與分類n1.3.1 系統(tǒng)的描述系統(tǒng)的描述n1.3.2 系統(tǒng)的分類系統(tǒng)的

11、分類返回首頁1.3.1 系統(tǒng)的描述系統(tǒng)的描述n通過以上介紹可以看出，人們在進行各種信通過以上介紹可以看出，人們在進行各種信息交換的過程中，信號與系統(tǒng)是密不可分的。息交換的過程中，信號與系統(tǒng)是密不可分的。信號是信息的載體，是系統(tǒng)傳輸和處理的客觀信號是信息的載體，是系統(tǒng)傳輸和處理的客觀對象。信號的產(chǎn)生、傳輸、加工處理和儲存等對象。信號的產(chǎn)生、傳輸、加工處理和儲存等都離不開系統(tǒng)，離開了信號，系統(tǒng)也將失去意都離不開系統(tǒng)，離開了信號，系統(tǒng)也將失去意義，二者相輔相成，作為一個整體存在。義，二者相輔相成，作為一個整體存在。n廣義而言，系統(tǒng)是一個由若干相互關(guān)聯(lián)的一廣義而言，系統(tǒng)是一個由若干相互關(guān)聯(lián)的一類事物組

12、成的具有某種特定功能的有機整體。類事物組成的具有某種特定功能的有機整體。 n電系統(tǒng)是指對電信號進行產(chǎn)生、傳輸、加工電系統(tǒng)是指對電信號進行產(chǎn)生、傳輸、加工處理和儲存的電路（網(wǎng)絡(luò)）或設(shè)備（包括軟硬處理和儲存的電路（網(wǎng)絡(luò)）或設(shè)備（包括軟硬件設(shè)備），簡稱系統(tǒng)。如由件設(shè)備），簡稱系統(tǒng)。如由R、C組成的積分組成的積分器、微分器；由器、微分器；由R、L、C組成的振蕩器、濾波組成的振蕩器、濾波器；由晶體管等組成的放大器、檢波器、混頻器；由晶體管等組成的放大器、檢波器、混頻器、分頻器、直流穩(wěn)壓電源；以及交流發(fā)電供器、分頻器、直流穩(wěn)壓電源；以及交流發(fā)電供電設(shè)備、雷達等。系統(tǒng)通常表示為方框圖形式，電設(shè)備、雷達等。系

13、統(tǒng)通常表示為方框圖形式，如圖如圖1-101-10所示。所示。 )(tx系統(tǒng))(ty圖1-10 系統(tǒng)的框圖返回本節(jié)1.3.2 系統(tǒng)的分類系統(tǒng)的分類n1動態(tài)系統(tǒng)與非動態(tài)系統(tǒng)動態(tài)系統(tǒng)與非動態(tài)系統(tǒng)n2連續(xù)時間系統(tǒng)與離散時間系統(tǒng)連續(xù)時間系統(tǒng)與離散時間系統(tǒng) n3線性系統(tǒng)與非線性系統(tǒng)線性系統(tǒng)與非線性系統(tǒng)n4時不變系統(tǒng)與時變系統(tǒng)時不變系統(tǒng)與時變系統(tǒng)n 5因果系統(tǒng)與非因果系統(tǒng)因果系統(tǒng)與非因果系統(tǒng)返回本節(jié)本章小結(jié)本章小結(jié)n（1）信號是信息的載體，是消息的表現(xiàn)形式，是通）信號是信息的載體，是消息的表現(xiàn)形式，是通信傳輸?shù)目陀^對象，一般表現(xiàn)為隨時間變化的某種物信傳輸?shù)目陀^對象，一般表現(xiàn)為隨時間變化的某種物理量。理量。 n（2）信號具有時間特性和頻率特性。）信號具有時間特性和頻率特性。 n（3）信號的分類包括：確定性信號和隨機信）信號的分類包括：確定性信號和隨機信號號；一；一維信號和維信號和n維信號；時限信號和非時限信號；連續(xù)時維信號；時限信號和非時限信號；連續(xù)時間信號和離散時間信號；周期信號和非周期信號；能間信號和離散時間信號；周期信號和非周期信號；能量信號和功率信號。量信號和功率信號。n（4 4）電系統(tǒng)是指對電信號進行產(chǎn)生、傳輸、加工處）電系