信號的分類22信號的時域波形分析

1、信號分析基礎(chǔ),主講：,1,PPT學(xué)習(xí)交流,第二章、信號分析基礎(chǔ),本章學(xué)習(xí)內(nèi)容：,1.了解信號及其分類方法 2.掌握信號時域波形分析方法 3.掌握信號時差域相關(guān)分析方法 4.掌握信號頻域頻譜分析方法 5.了解其它信號分析方法,2,PPT學(xué)習(xí)交流,【知識點】,信號及其分類方法,【重點】,信號及其分類方法 信號時域分析方法（相關(guān)分析方法） 信號頻域分析方法（傅里葉變換） 數(shù)字信號處理方法（離散傅里葉變換）,信號時域分析方法,信號頻域分析方法,數(shù)字信號處理方法,3,PPT學(xué)習(xí)交流,一般說來，測試系統(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 信號的分類與描述,4

2、,PPT學(xué)習(xí)交流,概述,簡諧振動信號測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖,2.1 信號的分類與描述,5,PPT學(xué)習(xí)交流,概述,對于不同的被測參量，測試系統(tǒng)的構(gòu)成及作用原理可以不同；根據(jù)測試任務(wù)的復(fù)雜程度，一個測試系統(tǒng)也可以有簡單和復(fù)雜之分；根據(jù)不同的作用原理，測試系統(tǒng)可以是機(jī)械的、電的、液壓的等等。,2.1 信號的分類與描述,6,PPT學(xué)習(xí)交流,概述,在對待屬性各異的各類測試系統(tǒng)中，常常略去系統(tǒng)具體的物理上的含義，而將其抽象為一個理想化的模型，目的是為了得到一類系統(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)等稱為信號。,2.1 信號的分類與描述,7,PPT學(xué)習(xí)交流,概述,因此，信

3、號與系統(tǒng)是緊密相關(guān)的。信號按一定的規(guī)律作用于系統(tǒng)，而系統(tǒng)在輸入信號的作用下，對它進(jìn)行“加工”，并將該“加工”后的信號進(jìn)行輸出。通常將輸入信號稱為系統(tǒng)的激勵，而將輸出信號稱為系統(tǒng)的響應(yīng)。,2.1 信號的分類與描述,8,PPT學(xué)習(xí)交流,概述,例如：質(zhì)量彈簧系統(tǒng)在受到一個激勵后的運(yùn)動狀況，可以通過系統(tǒng)質(zhì)量塊的位移時間關(guān)系來描述。反映質(zhì)量塊位移的時間變化過程的信號則包含了該系統(tǒng)的固有頻率和阻尼比的信息。,2.1 信號的分類與描述,9,PPT學(xué)習(xí)交流,概述,噪聲的概念： 噪聲也是一種信號 ； 任何干擾對信號的感知和解釋的現(xiàn)象稱為噪聲。 信號與噪聲的區(qū)別純粹是人為的，且取決于使用者對兩者的評價標(biāo)準(zhǔn)。 例：

4、齒輪噪聲 信號理論必須包括噪聲理論。,2.1 信號的分類與描述,10,PPT學(xué)習(xí)交流,2.1 信號的分類與描述,信號的分類主要是依據(jù)信號波形特征來劃分的，在介紹信號分類前，先建立信號波形的概念。,信號波形：被測信號信號幅度隨時間的變化歷程稱為信號的波形。,2.1 信號的分類與描述,11,PPT學(xué)習(xí)交流,2.1 信號的分類,信號波形圖：用被測物理量的強(qiáng)度作為縱坐標(biāo)，用時間做橫坐標(biāo)，記錄被測物理量隨時間的變化情況。,2.1 信號的分類與描述,12,PPT學(xué)習(xí)交流,為深入了解信號的物理實質(zhì)，將其進(jìn)行分類研究是非常必要的，從不同角度觀察信號，可分為：,2.1 信號的分類與描述,13,PPT學(xué)習(xí)交流,5

5、 從可實現(xiàn)性 -物理可實現(xiàn)信號與物理不可實現(xiàn)信號。,2.1 信號的分類與描述,14,PPT學(xué)習(xí)交流,1 確定性信號與非確定性信號,可以用明確數(shù)學(xué)關(guān)系式描述的信號稱為確定性信號。不能用數(shù)學(xué)關(guān)系式描述的信號稱為非確定性信號。信號沿時間軸演變的特性所作的一種分類,2.1 信號的分類與描述,15,PPT學(xué)習(xí)交流,周期信號：經(jīng)過一定時間可以重復(fù)出現(xiàn)的信號 x ( t ) = x ( t + nT ),簡單周期信號,2.1 信號的分類與描述,16,PPT學(xué)習(xí)交流,b) 非周期信號：不會重復(fù)出現(xiàn)的信號。,準(zhǔn)周期信號:由多個周期信號合成，其中至少有一對頻率比不是有理數(shù)。如：,瞬態(tài)信號:持續(xù)時間有限的信號，如,

6、2.1 信號的分類與描述,17,PPT學(xué)習(xí)交流,c)非確定性信號：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。,噪聲信號(平穩(wěn)),2.1 信號的分類與描述,18,PPT學(xué)習(xí)交流,2 能量信號與功率信號,a)能量信號 在所分析的區(qū)間（-，），能量為有限值的信號稱為能量信號，滿足條件：,一般持續(xù)時間有限的瞬態(tài)信號是能量信號。,2.1 信號的分類與描述,19,PPT學(xué)習(xí)交流,b)功率信號 在所分析的區(qū)間（-，），能量不是有限值此時，研究信號的平均功率更為合適。,一般持續(xù)時間無限的信號都屬于功率信號:,2.1 信號的分類與描述,20,PPT學(xué)習(xí)交流,3 時限與頻限信號,a

7、) 時域有限信號 在時間段 (t1，t2)內(nèi)有定義，其外恒等于零,b) 頻域有限信號 在頻率區(qū)間(f1，f2 )內(nèi)有定義，其外恒等于零,2.1 信號的分類與描述,21,PPT學(xué)習(xí)交流,4 連續(xù)時間信號與離散時間信號,a) 連續(xù)時間信號:在所有時間點上有定義,b)離散時間信號:在若干時間點上有定義,2.1 信號的分類與描述,22,PPT學(xué)習(xí)交流,4 連續(xù)時間信號與離散時間信號,2.1 信號的分類與描述,23,PPT學(xué)習(xí)交流,5 物理可實現(xiàn)信號與物理不可實現(xiàn)信號,物理可實現(xiàn)信號：又稱為單邊信號，滿足條件： t0時，x(t) = 0， 即在時刻小于零的一側(cè)全為零。,2.1 信號的分類與描述,24,P

8、PT學(xué)習(xí)交流,b) 物理不可實現(xiàn)信號：在事件發(fā)生前(t0)就預(yù)制知信號。,5 物理可實現(xiàn)信號與物理不可實現(xiàn)信號,2.1 信號的分類與描述,25,PPT學(xué)習(xí)交流,時域分析法 ： 主要反映信號的幅值隨時間變化的特征。 分析系統(tǒng)時，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： 將信號和系統(tǒng)的時間變量函數(shù)或序列變換成對應(yīng)頻率域中的某個變量的函數(shù)，來研究信號和系統(tǒng)的頻域特性 。 對于連續(xù)系統(tǒng)和信號來說，常采用傅里葉變換和拉普拉斯變換；對于離散系統(tǒng)和信號則采用Z變換。 頻域分析法將時域分析法中的微分或差分方程轉(zhuǎn)換為代數(shù)方程，給問題的分析帶來了方

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

10、不同的方法而增加或減少原信號的信息量.,信號的分析方法,2.2 信號的時域波形分析,28,PPT學(xué)習(xí)交流,信號的時域波形分析是最常用的信號分析手段，用示波器、萬用表等普通儀器直接顯示信號波形，讀取特征參數(shù)。,2.2 信號的時域波形分析,29,PPT學(xué)習(xí)交流,一、信號波形圖,1 、周期T，頻率f=1/T,2、峰值P：信號在時間T內(nèi)的最大值,3、雙峰值Pp-p：信號在時間T內(nèi)的最大值與最小值之差,2.2 信號的時域波形分析,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：反映了信號變化的中心趨勢，也稱之為直流分量。,2.2 信號的時域波形分析,31,PPT學(xué)習(xí)交流,5、均方值,信號的均方值Ex2(t)，表達(dá)了信號的強(qiáng)度；其正平方根值，又稱為有效值(RMS)，也是信號平均能量的一種表達(dá)。,2.2 信號的時域波形分析,32,PPT學(xué)習(xí)交流,6、方差,方差：反映了信號繞均值的波動程度。,信號x(t)的方差定義為：,2.2 信號的時域波形分析,33,PPT學(xué)習(xí)交流,2.2 信號的時域波形分析,34,PPT學(xué)習(xí)交流,二、波形分析的應(yīng)用,2.