电磁波信号分析与对比

与有线传输相比，无线传输具有许多优点。或许最重要的是，它更灵活。无线信号可以从一个发射器发出到许多接收器而不需要电缆。所有无线信号都是随电磁波通过空气传输的，电磁波是由电子部分和能量部分组成的能量波。

在无线通信中频谱包括了9khz到300000Ghz之间的频率。每一种无线服务

都与某一个无线频谱区域相关联。无线信号也是源于沿着导体传输的电流。电子

信号从发射器到达天线，然后天线将信号作为一系列电磁波发射到空气中。

信号通过空气传播，直到它到达目标位置为止。在目标位置，另一个天线接

收信号，一个接收器将它转换回电流。接收和发送信号都需要天线，天线分为全

向天线和定向天线。在信号的传播中由于反射、衍射和散射的影响，无线信号会

沿着许多不同的路径到达其目的地，形成多径信号。

无线通信原理——基本原理

无线通信是利用电波信号可以在自由空间中传播的特性进行信息交换的一

种通信方式。在移动中实现的无线通信又通称为移动通信，人们把二者合称为无

线移动通信。简单讲，无线通信是仅利用电磁波而不通过线缆进行的通信方式。1，无线频谱

所有无线信号都是随电磁波通过空气传输的，电磁波是由电子部分和能量部

分组成的能量波。声音和光是电磁波得两个例子。无线频谱(也就是说，用于广

播、蜂窝电话以及卫星传输的波)中的波是不可见也不可听的——至少在接收器

进行解码之前是这样的。

“无线频谱”是用于远程通信的电磁波连续体，这些波具有不同的频率和波长。

无线频谱包括了9khz到300 000Ghz之间的频率。每一种无线服务都与某一

个无线频谱区域相关联。例如，AM广播涉及无线通信波谱的低端频率，使用535到1605khz之间的频率。

无线频谱是所有电磁波谱的一个子集。在自然界中还存在频率更高或者更低

的电磁波，但是他们没有用于远程通信。低于9kz的频率用于专门的应用，如

野生动物跟踪或车库门开关。频率高于300 000Ghz的电磁波对人类来说是可

见的，正是由于这个原因，他们不能用于通过空气进行通信。例如，我们将频率

为428570Ghz的电磁波识别为红色。图2显示了整个电磁波谱。

当然，通过空气传播的信号不一定会保留在一个国家内。因此，全世界的国家就无线远程通信标准达成协议是非常重要的。ITU就是管理机构，它确定了国际无线服务的标准，包括频率分配、无线电设备使用的信号传输和协议、无线传输及接收设备、卫星轨道等。如果政府

和公司不遵守ITU标准，那么在制造无线设备的国家之外就可能无法使用它们。

2，无线传输的特征

虽然有线信号和无线信号具有许多相似之处——例如，包括协议和编码的使用——但是空气的本质使得无线传输与有线传输有很大的不同。当工程师门谈到无线传输时，他们是将空气作为“无制导的介质”。因为空气没有提供信号可以跟随的固定路径，所以信号的传输是无制导的。

正如有线信号一样，无线信号也是源于沿着导体传输的电流。电子信号从发射器到达天线，然后天线将信号作为一系列电磁波发射到空气中。信号通过空气传播，直到它到达目标位置为止。在目标位置，另一个天线接收信号，一个接收器将它转换回电流。图3显示了这个过程。

注意，在无线信号的发送端和接收端都使用了天线，而要交换信息，连接到每一个天线上的收发器都必须调整为相同的频率。

3，天线

每一种无线服务都需要专门设计的天线。服务的规范决定了天线的功率输出、频率及辐射图。天线的“辐射图”描述了天线发送或接收的所有电磁能的三维区域上的相对长度。“定向天线”沿着一个单独的方向发送无线电信号。这种天线用在来源需要与一个目标位置(如在点对点连接中)通信时。定向天线还可能用在多个接收节点排列在一条线上时。或者，它可能用在维持信号的一定距离上的强度比覆盖一个较广的地理区域更重要时，因为天线可以使用它的能量在更多的方向发送信号，也可以在一个方向上发送更长的距离。使用定向天线无线服务的一些例子包括卫星下行线路和上行线路，无线LAN以及太空、海洋和航空导弹。图4

显示了一个定向天线的辐射示意图。

与之相比，“全向天线”在所有的方向上都与相同的强度和清晰度发送和接收无线信号。这种天线用在许多不同的接收器都必须能够获得信号时，或者用在接收器的位置高度易变时。电视台和广播站使用全向天线，大多数发送移动电话的发射塔也是如此。图5显示了全向天线的辐射图。

无线信号传输中的一个重要考虑是天线可以将信号传输的距离，同时还使信号能

够足够强，能够被接收机清晰地解释。无线传输的一个简单原则是，较强的信号

将传输的比较弱的信号更远。

正确的天线位置对于确保无线系统的最佳性能也是非常重要的。用于远程信

号传输的天线经常都安装在塔上或者高层的顶部。从高处发射信号确保了更少的

障碍和更好的信号接收。

4，信号传播

在理想情况下，无线信号直接在从发射器到预期接收器的一条直线中传播。这种传播被称为“视线”(Line Of Sight,LOS)，它使用很少的能量，并且可以接收到非常清晰的信号。不过，因为空气是无制导介质，而发射器与接收器之间的路径并不是很清晰，所以无线信号通常不会沿着一条直线传播。当一个障碍物挡住了信号的路线时，信号可能会绕过该物体、被该物体吸收，也可能发生以下任何一种现象：发射、衍射或者散射。物体的几何形状决定了将发生这三种现象中的那一种。

(1)反射、衍射和散射

无线信号传输中的“反射”与其他电磁波(如光或声音)的反射没有什么不同。波遇到一个障碍物并反射——或者弹回——到其来源。对于尺寸大于信号平均波长的物体，无线信号将会弹回。例如，考虑一下微波炉。因为微波的平均波长小于1毫米，所以一旦发出微波，它们就会在微波炉的内壁(通常至少有15cm长)上反射。究竟哪些物体会导致无线信号反射取决于信号的波长。在无线LAN中，可能使用波长在1~10米之间的信号，因此这些物体包括墙壁、地板天花板及

地面。

在“衍射”中，无线信号在遇到一个障碍物时将分解为次级波。次级波继续在它们分解的方向上传播。如果能够看到衍射的无线电信号，则会发现它们在障碍物周围弯曲。带有锐边的物体——包括墙壁和桌子的角——会导致衍射。

“散射”就是信号在许多不同方向上扩散或反射。散射发生在一个无线信号遇到尺寸比信号的波长更小的物体时。散射还与无线信号遇到的表面的粗糙度有关。表面也粗糙，信号在遇到该表面是就越容易散射。在户外，树木会路标都会导致移动电话信号的散射。

另外，环境状况(如雾、雨、雪)也可能导致反射、散射和衍射

(2)多路径信号

由于反射、衍射和散射的影响，无线信号会沿着许多不同的路径到达其目的地。这样的信号被称为“多路径信号”。多路径信号的产生并不取决于信号是如何发出的。它们可能从来源开始在许多方向上以相同的辐射强度，也可能从来源开始主要在一个方向上辐射。不过，一旦发出了信号，由于反射、衍射和散射的影响，它们就将沿着许多路径传播。图6显示了这三种信号所导致的多径信号。

无线信号的多路径性质既是一个优点又是一个缺点。一方面，因为信号在障碍物上反射，所以它们更可能到达目的地。在办公楼这样的环境中，无线服务依赖于信号在墙壁、天花板、地板以及家具上的反射，这样最终才能到达目的地。

多路径信号传输的缺点是因为它的不同路径，多路径信号在发射器与接收器之间的不同距离上传播。因此，同一个信号的多个实例将在不同的时间到达接收器，导致衰落和延时。

5，窄带、宽带及扩展频谱信号

传输技术根据它们的信号使用了无线频谱的部分大小而有所不同。一个重要区别就是无线使用窄带还是宽带信号传输。在“窄带”，发射器在一个单独的频率或者非常小的频率范围上集中信号能量。与窄带相反，“宽带”是指一种使用无线频谱的相对较宽频带的信号传输方式。

使用多个频率来传输信号被称为扩展频谱技术，换句话说，在传输过程中，信号从来不会持续停留在一个频率范围内。在较宽的频带上分布信号的一个结果是它的每一个频率需要的功率比窄带信号传输更小。信号强度的这种分布使扩展频谱信号更不容易干扰在同一个频带上传输的窄带信号。

在多个频率上分布信号的另一个结果是提高了安全性。因为信号是根据一个只有获得授权的发射器和接收器才知道的序列来分布的，所以未获授权的接收器更难以捕获和解码这些信号。

扩展频谱的一个特定实现是“跳频扩展频谱”(Frequency Hopping Spread Spectrum ,FHSS)。在FHSS传输中，信号与信道的接收器和发射器知道的同一种同步模式在一个频带的几个不同频率之间跳跃。另一种扩展频谱信号被称为“直接序列扩展频谱”(Direct Sequence Spread Spectrum,DSSS)。

在DSSS中，信号的位同时分布在整个频带上。对每一位都进行了编码，这样接收器就可以在接收到这些位时重组原始信号。

6，固定和移动

每一种无线通信都属于以下两个类别之一：固定或移动。在“固定”无线系统中，发射器和接收器的位置是不变的。传输天线将它的能量直接对准接收器天线，因此，就有更多的能量用于该信号。对于必须跨越很长的距离或者复杂地形的情况，固定的无线连接比铺设电缆更经济。

不过，并非所有通信都适用固定无线。例如，移动用户不能使用要求他们保留在一个位置来接收一个信号的服务。相反，移动电话、寻呼、无线LAN以及其它许多服务都在使用“移动”无线系统。在移动无线系统中，接收器可以位于发射器特定范围内部的任何地方。这就允许接收器从一个位置移动到另一个位置，同时还继续接受信号。

无线通信原理——发展现状

1，分类

无线通信主要包括微波通信和卫星通信。微波是一种无线电波，它传送的距离一般只有几十千米。但微波的频带很宽，通信容量很大。微波通信每隔几十千米要建一个微波中继站。卫星通信是利用通信卫星作为中继站在地面上两个或多个地球站之间或移动体之间建立微波通信联系。

2，热点技术

(1)4G

第四代移动电话行动通信标准，指的是第四代移动通信技术，外语缩写：

4G。该技术包括TD-LTE和FDD-LTE两种制式(严格意义上来讲，LTE只是3.9G，尽管被宣传为4G无线标准，但它其实并未被3GPP认可为国际电信联盟所描述的下一代无线通讯标准IMT-Advanced，因此在严格意义上其还未达到4G的标准。只有升级版的LTE Advanced才满足国际电信联盟对4G的要求)。4G是集3G与WLAN于一体，并能够快速传输数据、高质量、音频、视频和图像等。4G能够以100Mbps以上的速度下载，比目前的家用宽带ADSL(4兆)快25倍，并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求。此外，4G可以在DSL和有线电视调制解调器没有覆盖的地方部署，然后再扩展到整个地区。很明显，4G有着不可比拟的优越性。

图7 4G迅速火爆

(2)ZigBee技术

ZigBee技术主要用于无线个域网(WPAN)，是基于IEE802.15.4无线标

准研制开发的，是一种介于RFID和蓝牙技术之间的技术提案，主要应用在短距离并且数据传输速率不高的各种电子设备之间。ZigBee协议比蓝牙、高速率个域网或802.11x无线局域网更简单使用，可以认为是蓝牙的同族兄弟。

(3)WLAN与WiFi/WAPI

WLAN(无线局域网)是一种借助无线技术取代以往有线布线方式构成局域

网的新手段，可提供传统有线局域网的所有功能，是计算机网络与无线通信技术相结合的产物。它是通用无线接入的一个子集，支持较高传输速率(2Mb/s～

54Mb/s，甚至更高)，利用射频无线电或红外线，借助直接序列扩频(DSSS)

或跳频扩频(FHSS)、GMSK、OFDM等技术，甚至将来的超宽带传输技术UWBT，实现固定、半移动及移动的网络终端对Internet网络进行较远距离的高速连接访问。目前，原则上WLAN的速率尚较低，主要适用于手机、掌上电脑等小巧

移动终端。1997年6月，IEEE推出了802.11标准，开创了WLAN先河，WLAN领域现在主要有IEEE802.11x系列与HiperLAN/x系列两种标准。

WiFi俗称无线宽带，全称Wireless Fideliry。无线局域网又常被称作WiFi 网络，这一名称来源于全球最大的无线局域网技术推广与产品认证组织——WiFi联盟(WiFi Alliance)。作为一种无线联网技术，WiFi早已得到了业界的关注。WiFi终端涉及手机、PC(笔记本电脑)、平板电视、数码相机、投影机等众多产品。目前，WiFi网络已应用于家庭、企业以及公众热点区域，其中在

家庭中的应用是较贴近人们生活的一种应用方式。由于WiFi网络能够很好地实现家庭范围内的网络覆盖，适合充当家庭中的主导网络，家里的其他具备WiFi

功能的设备，如电视机、影碟机、数字音响、数码相框、照相机等，都可以通过WiFi网络这个传输媒介，与后台的媒体服务器、电脑等建立通信连接，实现整

个家庭的数字化与无线化，使人们的生活变得更加方便与丰富。目前，除了用户自行购置WiFi设备建立无线家庭网络外，运营商也在大力推进家庭网络覆盖。比如，中国电信的“我的E家”，将WiFi功能加入到家庭网关中，与有线宽带业务绑定。今后WiFi的应用领域还将不断扩展，在现有的家庭网、企业网和公众网的基础上向自动控制网络等众多新领域发展。

WAPI是WLAN Authentication and Privacy Infrastructure的缩写。WAPI作为我国首个在计算机网络通信领域的自主创新安全技术标准，能有效阻止无线局域网不符合安全条件的设备进入网络，也能避免用户的终端设备访问不符合安全条件的网络，实现了“合法用户访问合法网络”。WAPI安全的无线网络本身所蕴含的“可运营、可管理”等优势，已被以中国移动、中国电信为代表的极具专业能力的运营商积极挖掘并推广、应用，运营市场对WAPI的应用进一步

促进了其他行业市场和消费者关注并支持WAPI。目前市场上已有50多款来自全球主要手机制造商的智能手机支持WAPI，包括诺基亚、三星、索爱、酷派。而中国三大电信运营商也都已开始或完成第一批WAPI热点的招标和竞标工作，以中国移动为例，到目前为止已实际部署了大概10万个WAPI热点。这意味着WAPI的生态系统已基本建成，WAPI商业化的大门已经打开。

(4)短距离无线通信(蓝牙、RFID、IrDA)

蓝牙(Bluetooth)技术，实际上是一种短距离无线电技术。利用蓝牙技术，能够有效地简化掌上电脑、笔试本电脑和移动电话手机等移动通信终端设备之间的通信，也能够成功地简化以上这些设备与因特网之间的通信，从而使这些现代通信设备与因特网之间的数据传输变得更加迅速高效，进而为无线通信拓宽道路。蓝牙采用分散式网络结构以及快跳频和短包技术，支持点对点及点对多点通信，工作在全球通用的2.4GHz ISM(即工业、科学、医学)频段，其数据速率为

1Mbps，采用时分双工传输方案实现全双工传输。蓝牙技术为免费使用，全球

通用规范，在现今社会中的应用范围相当广泛。

RFID是Radio Frequency Identification的缩写，即射频识别，俗称电子标签。射频识别技术是一项利用射频信号通过空间耦合(交变磁场或电磁场)

实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。目前RFID产品的工作频率有低频(125kHz～134kHz)、高频(13.56MHz)和超高频

(860MHz～960MHz)，不同频段的RFID产品有不同的特性。射频识别技术被广泛应用于工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理、防伪等众多领域，例如WalMart、Tesco、美国国防部和麦德龙超市都在它们的供应链上应用RFID 技术。在将来，超高频的产品会得到大量的应用。

IrDA是一种利用红外线进行点对点通信的技术，也许是第一个实现无线个人局域网(PAN)的技术。目前其软硬件技术都很成熟，在小型移动设备，如PDA、手机上广泛使用。事实上，当今每一个出厂的PDA及许多手机、笔记本电脑、打印机等产品都支持IrDA。IrDA的主要优点是无需申请频率的使用权，因而红外通信成本低廉。它还具有移动通信所需的体积小、功耗低、连接方便、简单易用的特点;且由于数据传输率较高，适于传输大容量的文件和多媒体数据。此外，红外线发射角度较小，传输安全性高。IrDA的不足在于它是一种视距传输，2个相互通信的设备之间必须对准，中间不能被其他物体阻隔，因而该技术只能用于2台(非多台)设备之间的连接(而蓝牙就没有此限制，且不受墙壁的阻隔)。IrDA目前的研究方向是如何解决视距传输问题及提高数据传输率。

(5)WiMAX

WiMAX全称为World Interoperability for Microwave Access，即全球微波接入互操作系统，可以替代现有的有线和DSL连接方式，来提供最后一英里的无线宽带接入，其技术标准为IEEE 802.16，其目标是促进IEEE 802.16的应用。相比其他无线通信系统，WiMAX的主要优势体现在具有较高的频谱利用率和传输速率上，因而它的主要应用是宽带上网和移动数据业务。

(6)超宽带无线接入技术UWB

UWB(Ultra Wideband)是一种无载波通信技术，利用纳秒至微微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据。通过在较宽的频谱上传送极低功率的信号，UWB能在10米左右的范围内实现数百Mb/s至数Gb/s的数据传输速率。UWB具有抗干扰性能强、传输速率高、带宽极宽、消耗电能小、发送功率小等诸多优势，主要应用于室内通信、高速无线LAN、家庭网络、无绳电话、安全检测、位置测定、雷达等领域。

对于UWB技术，应该看到，它以其独特的速率以及特殊的范围，也将在无线通信领域占据一席之地。由于其高速、窄覆盖的特点，它很适合组建家庭的高

速信息网络。它对蓝牙技术具有一定的冲击，但对当前的移动技术、WLAN等技术的威胁不大，反而可以成为其良好的补充。

(7)EnOcean

EnOcean无线通信标准被采纳为国际标准“ISO/IEC 14543-3-10”，这也是世界上唯一使用能量采集技术的无线国际标准。EnOcean能量采集模块能够采集周围环境产生的能量，从光、热、电波、振动、人体动作等获得微弱电力。这些能量经过处理以后，用来供给EnOcean超低功耗的无线通讯模块，实现真正的无数据线，无电源线，无电池的通讯系统。EnOcean无线标准

ISO/IEC14543-3-10使用868MHz，902MHz，928MHz和315MHz频段，传输距离在室外是300 米，室内为30米。

(8)Z-Wave

Z-Wave是由丹麦公司Zensys所主导的无线组网规格，Z-Wave是一种新兴的基于射频的、低成本、低功耗、高可靠、适于网络的短距离无线通信技术。工作频带为908.42MHz，868.42MHz信号的有效覆盖范围在室内是30m，室外可超过100m，适合于窄带宽应用场合。Z-Wave技术也是低功耗和低成本的技术，有力地推动着低速率无线个人区域网。

图8 各协议的功耗及传输距离对比

通过下面两个表格，我们可以更直观全面地对比几种主流的无线通信技术：

表1 部分主流无线通信技术比较

表2 EnOcean、Zigbee和Z-Wave无线通信技术情况对比图9示出这些无线通信技术的作用距离与数据率的关系：可见,数据率越高,作用距离就越短。可用网络技术扩展作用距离而仍然保持数据率。

图9无线通信技术数据率与作用距离的关系

当今最流行的无线通信技术、应用、和规范示于表3，包括：各种无线通信技术的适用频段、调制方式、最大作用距离、数据率和应用领域等。

表3 常用无线通信技术、应用、和规范

信号与系统基础知识

第1章信号与系统的基本概念 1.1 引言系统是一个广泛使用的概念，指由多个元件组成的相互作用、相互依存的整体。我们学习过“电路分析原理”的课程，电路是典型的系统，由电阻、电容、电感和电源等元件组成。我们还熟悉汽车在路面运动的过程，汽车、路面、空气组成一个力学系统。更为复杂一些的系统如电力系统，它包括若干发电厂、变电站、输电网和电力用户等，大的电网可以跨越数千公里。我们在观察、分析和描述一个系统时，总要借助于对系统中一些元件状态的观测和分析。例如，在分析一个电路时，会计算或测量电路中一些位置的电压和电流随时间的变化；在分析一个汽车的运动时，会计算或观测驱动力、阻力、位置、速度和加速度等状态变量随时间的变化。系统状态变量随时间变化的关系称为信号，包含了系统变化的信息。很多实际系统的状态变量是非电的，我们经常使用各种各样的传感器，把非电的状态变量转换为电的变量，得到便于测量的电信号。隐去不同信号所代表的具体物理意义，信号就可以抽象为函数，即变量随时间变化的关系。信号用函数表示，可以是数学表达式，或是波形，或是数据列表。在本课程中，信号和函数的表述经常不加区分。信号和系统分析的最基本的任务是获得信号的特点和系统的特性。系统的分析和描述借助于建立系统输入信号和输出信号之间关系，因此信号分析和系统分析是密切相关的。系统的特性千变万化，其中最重要的区别是线性和非线性、时不变和时变。这些区别导致分析方法的重要差别。本课程的内容限于线性时不变系统。我们最熟悉的信号和系统分析方法是时域分析，即分析信号随时间变化的波形。例如，对于一个电压测量系统，要判断测量的准确度，可以直接分析比较被测的电压波形)(in t v （测量系统输入信号）和测量得到的波形)(out t v （测量系统输出信号），观察它们之间的相似程度。为了充分地和规范地描述测量系统的特性，经常给系统输入一个阶跃电压信号，得到系统的阶跃响应，图1-1是典型的波形，通过阶跃响应的电压上升时间（电压从10％上升至90％的时间）和过冲（百分比）等特征量，表述测量系统的特性，上升时间和过冲越小，系统特性越好。其中电压上升时间反映了系统的响应速度，小的上升时间对应快的响应速度。如果被测电压快速变化，而测量系统的响应特性相对较慢，则必然产生较大的测量误差。信号与系统分析的另一种方法是频域分析。信号频域分析的基本原理是把信号分解为不同频率三角信号的叠加，观察信号所包含的各频率分量的幅值和相位，得到信号的频谱特性。图1-2是从时域和频域观察一个周期矩形波信号的示意图，由此可以看到信号频域和时域的关系。系统的频域分析是观察系统对不同频率激励信号的响应，得到系统的频率响应特性。频域分析的重要优点包括：（1）对信号变化的快慢和系统的响应速度给出定量的描述。例如，当我们要用一个示波器观察一个信号时，需要了解信号的频谱特性和示波器的模拟带宽，当示波器的模拟带宽能够覆盖被测信号的频率范围时，可以保证测量的准确。（2）

广东工业大学《测试技术与信号分析》测试实验报告

测试技术与信号处理实验报告机械转子底座的振动测量和分析一、实验目的 1．掌握磁电式速度传感器的工作原理、特点和应用。

2．掌握振动的测量和数据分析。二、实验内容和要求先利用光电式转速传感器测量出电机的转速；然后利用磁电式速度传感器测量机械转子底座在该电机转速下的振动速度；对测量出的振动速度信号进行频谱分析；找出振动信号的主频与电机转速之间的关系。三、实验步骤 1．启动实验程序“机械转子系统的振动测量.exe”; 输入个人信息，也可以启动之后通过单击“修改”按钮修改个人信息。 2．单击“采样设置”按钮，输入采集卡连接磁电速度传感器的采样通道号，批量采样频率（建议设为10KHz）、批量采样点数（建议设为10000）。 3．打开转子电机的电源，单击“单点采样”。 4．旋转调节旋钮改变转子的转速,观察图形区显示的磁电速度传感器采集到的转子底座振动信号；如果振动信号比较小，可适当提高转子的转速。 5．转子转速的测量： (1) 单击“采样设置”按钮，输入采集卡连接光电转速传感器的采样通道号、批量采样频率（建议值为10KHz）、批量采样点数（建议值为10000）。 (2) 单击“批量采样”按钮，开始采样；采样完成之后，采集到的波形信号会显示在图形窗口，系统会自动计算出转子的速度

并显示出来。记录下此时的转子的转速（单位：r/s）。 (3) 再重复步骤(2)测量2次。以三次测量的平均值作为此时转子的转速。转速的测量结果单点采样采集通道6,测量3组数据 6．振动信号的测量和频谱分析： (1) 单击“采样设置”按钮，输入采集卡连接磁电速度传感器的采样通道号、批量采样频率（建议设为10KHz）、批量采样点数（建议设为10000）。 (2) 单击“批量采样”按钮，开始采样；采样完成之后，采集到的波形信号会显示在图形窗口。如果信号不正常，重复点击“批量采样”按钮 (3) 单击“保存”按钮，将采集到的磁电传感器的信号数据保存为文本文件。文件必须保存到“C:\ExperiData\”目录下。可单击“保存设置”更改文件名。 (4) 打开刚保存的文本文件，文件前面几行保存了个人信息、采样频率、采样通道、保存的数据个数等信息。文件中共有四列数据，第一列为数据的序号，第二列为磁电传感器检测到的数据。

测试技术复习资料第七章测试信号的处理与分析考试重点

测试技术复习资料第七章测试信号的处理与分析考试重点一、选择题 1. 两个正弦信号间存在下列关系：（ B ） A. 同频相关，不同频也相关 B. 同频相关，不同频不相关 C. 同频不相关，不同频相关 D. 同频不相关，不同频也不相关 2. 自相关函数是一个（ B ）函数。 A. 奇 B. 偶 C. 非奇非偶 D. 三角 3. 如果一信号的自相关函数)(τx R 呈现一定周期的不衰减，则说明该信号（ B ）。 A. 均值不为0 B. 含有周期分量 C. 是各态历经的 D. 不含有周期分量 4. 正弦信号的自相关函数是（ A ），余弦函数的自相关函数是（C ）。 A. 同频余弦信号 B. 脉冲信号 C. 偶函数 D. 正弦信号 5.经测得某信号的相关函数为一余弦曲线，则其（ C ）是正弦信号的（ D ）。 A. 可能 B. 不可能 C. 必定 D. 自相关函数 6. 对连续信号进行采样时，采样频率越高，当保持信号的记录的时间不变时，则（ C ）。 A. 泄漏误差就越大 B. 量化误差就越小 C. 采样点数就越多 D. 频域上的分辨率就越低 7. 把连续时间信号进行离散化时产生混叠的主要原因是（ B ）。 A. 记录时间太长 B. 采样间隔太宽 C. 记录时间太短 D. 采样间隔太窄 8. 若有用信号的强度、信噪比越大，则噪声的强度（C ）。 A. 不变 B. 越大 C. 越小 D. 不确定 9. A/D 转换器是将（ B ）信号转换成（ D ）信号的装置。 A. 随机信号 B. 模拟信号 C. 周期信号 D. 数字信号 10. 两个同频方波的互相关函数曲线是（ C ）。 A. 余弦波 B. 方波 C. 三角波 D. 正弦波 11. 已知x （t ）和y （t ）为两个周期信号，T 为共同的周期，其互相关函数的表达式为（ C ）。 A. dt t y t x T T )()(210?+τ B. dt t y t x T T )()(210?+τ C. dt t y t x T T )()(10?+τ D. dt t y t x T T )()(210?-τ 12. 两个不同频率的简谐信号，其互相关函数为（ C ）。 A. 周期信号 B. 常数 C. 零 D. 非周期信号 13. 数字信号处理中，采样频率s f 与限带信号最高频率h f 间的关系应为（ B ）。 A. s h f f = B. 2s h f f > C. s h f f < D. h s f f 7.0= 14. 正弦信号)sin()(0?ω+=t x t x 的自相关函数为（ B ）。 A. ωτsin 2 x B. ωτcos 220x C . ωτsin 220x D. ωτcos 20x

《信号与系统分析基础》第3章习题解答

第三章习题解答 3.2 求下列方波形的傅里叶变换。 (a) 解： 110 2 ()()11()2 t j t t j t t j t t j t j a F j f t e dt e e dt j e t tS e j ωωωωωωω ωω-----=-=?= -==?? (b) 解： 20 00 2 2 ()1 1 1()[]1 (1) 1 (1) t j t t j t t t j t j t t t j t j t j t j t j t j t t F e dt e e dt tde j j j te e dt j e e e j e ωωωωωωωωωωωτ ω τωτω ω τω ωττω----------=-=?= =??-=-=+-= +-???? (c) 解： 1 31 1 2 2 11()()2 211 1 ()()22 1 1 ()cos 2 1 ()2 1()211 12() 2() 2 2 j t j t j t j t j t j t j t j t F t e dt e e e dt e e dt e e j j ωπ π ωππ ωωπ π ωωπ ωππ ωω-------+---+--=?=+?=+=- -+?? ? ()()()()22221 111 [][]2222 j j j j e e e e j j ππππ ωωωωππωω----++=?--?--+

2222sin()sin()cos ()cos () cos 2222()()2222 ππππ ωωωωωωπωππππωωωω-+?++?-?=+== -+-- (d)解： 242 22()()22 22()()2 2 ()()()()2 2 2 2 ()sin 1()21()2112()2() sin[(22() 2() T j t T T j t j t j t T T j t j t T T T j t j t T T T T T T j j j j F t e dt e e e dt j e e dt j e e T e e e e j j j j ωωωωωωωωωωωωωωω--Ω-Ω--Ω--Ω+-Ω--Ω+--Ω--Ω-Ω+-Ω+=Ω?=-= --=-Ω-Ω+Ω---= + =?Ω-?Ω+???)]sin[()] 2()() T j j ωωωωΩ++Ω-Ω+ 3.3依据上题中a,b 的结果，利用傅里叶变换的性质，求题图3.3所示各信号的傅里叶变换. (a) 解：11111()()()f t f t f t =-- 11()f t 就是3.2中(a)的1()f t 如果1()()f t F ω?，则1()()f t F ω-?- 11111111122 2 ()()()()()sin()42 ( )[]sin( )sin ()2 2 2 2 j j a f t f t f t F F t S e e j j τ τ ω ω ωωωτ ωτ τωτ ωττωτ ω-∴=--?--=??-= ? = (b) 解：2()()()f t g t g t στ=+,而()( )2 a g t S τωτ τ? 2()(3)2()a a F S S ωσωω∴=+ 如利用3.2中(a)的结论来解，有： 211'()(3)(1)f t f t f t ττ=+++，其中,'2τστ==. 3211'()()()(3)2()j j a a F e F e F S S ωωττωωωσωω∴=?+?=+ (如()()f t F ω?，则0 0()()j t f t t e F ωω±?) 2()f t

现代测试技术习题解答--第二章--信号的描述与分析---副本

第二章信号的描述与分析补充题2-1-1 求正弦信号0()sin()x t x ωt φ=+的均值x μ、均方值2 x ψ和概率密度函数 p (x )。解答： (1)0 00 11lim ()d sin()d 0T T x T μx t t x ωt φt T T →∞== +=? ? ，式中02π T ω = —正弦信号周期 (2) 2 222 2 2 0000 1 1 1cos 2() lim ()d sin ()d d 22 T T T x T x x ωt φψx t t x ωt φt t T T T →∞-+== += = ? ? ? (3)在一个周期内 012ΔΔ2Δx T t t t =+= 000 2Δ[()Δ]lim x x T T T t P x x t x x T T T →∞<≤+=== Δ0Δ000 [()Δ]2Δ2d ()lim lim ΔΔd x x P x x t x x t t p x x T x T x →→<≤+==== 正弦信号 x

2-8 求余弦信号0()sin x t x ωt 的绝对均值x μ和均方根值rms x 。 2-1 求图示2.36所示锯齿波信号的傅里叶级数展开。

2-4周期性三角波信号如图2.37所示，求信号的直流分量、基波有效值、信号有效值及信号的平均功率。

2-1 求图示2.36所示锯齿波信号的傅里叶级数展开。补充题2-1-2 求周期方波（见图1-4）的傅里叶级数（复指数函数形式），划出|c n|–ω和φn–ω

图，并与表1-1对比。解答：在一个周期的表达式为 00 (0)2 () (0) 2 T A t x t T A t ? --≤

信号与系统基础知识

《测试技术与信号处理》习题答案-华科版

《测试技术与信号处理》习题答案第二章信号分析基础 1、请判断下列信号是功率信号还是能量信号：（1）)()(10cos 2 ∞<<-∞=t e t x t π （2）)()(||10∞<<-∞=-t e t x t 【解】（1）该信号为周期信号，其能量无穷大，但一个周期内的平均功率有限，属功率信号。（2）信号能量：? ∞ ∞ -= =10 1 )(2dt t x E ，属于能量信号。 2、请判断下列序列是否具有周期性，若是周期性的，请求其周期。)8 ()(π-=n j e n x 【解】设周期为N ，则有：8 )8 8()()(N j N n j e n x e N n x ?==+-+π 若满足)()(n x N n x =+，则有1)8/sin()8/cos(8/=-=-N j N e jN 即：k N π28/=，k N π16=，k = 0，1，2，3，… N 不是有理数，故序列不是周期性的。 3、已知矩形单脉冲信号x 0(t)的频谱为X 0(ω)=A τsinc(ωτ/2) ，试求图示三脉冲信号的频谱。【解】三脉冲信号的时域表达式为：)()()()(000T t x t x T t x t x -+++= 根据Fourier 变换的时移特性和叠加特性，可得其频谱： )]cos(21)[2 ( sin )()()()(000T c A e X X e X X T j T j ωωτ τωωωωωω+=++=- 4、请求周期性三角波（周期为T ，幅值为0—A ）的概率分布函数F(x)与概率密度函数p(x) 。【解】在一个周期T 内，变量x (t )小于某一特定值x 的时间间隔平均值为：T A x t i = ? 取n 个周期计算平均值，当∞→n 时，可有概率分布函数：A x nT t n x F i n =?=∞→lim )( 概率密度函数：A dx x dF x p 1 )()(== t -τ/2 0 τ/2 -T T

信号分析与处理答案第二版完整版

信号分析与处理答案第二版 HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】

第二章习题参考解答求下列系统的阶跃响应和冲激响应。 (1) 解当激励为时，响应为，即：由于方程简单，可利用迭代法求解：，， …，由此可归纳出的表达式：利用阶跃响应和冲激响应的关系，可以求得阶跃响应： (2) 解 (a)求冲激响应，当时，。特征方程，解得特征根为。所以： …(2.1.2.1) 通过原方程迭代知，，，代入式(2.1.2.1)中得：解得，代入式(2.1.2.1)： …(2.1.2.2) 可验证满足式(2.1.2.2)，所以： (b)求阶跃响应通解为特解形式为，，代入原方程有，即完全解为通过原方程迭代之，，由此可得解得，。所以阶跃响应为： (3)

解 (4) 解当t>0时，原方程变为：。 …(2.1.3.1) …(2.1.3.2) 将(2.1.3.1)、式代入原方程，比较两边的系数得：阶跃响应：求下列离散序列的卷积和。 (1) 解用表格法求解 (2) 解用表格法求解 (3) 和如题图2.2.3所示解用表格法求解

(4) 解 (5) 解 (6) 解参见右图。当时：当时：当时：当时：当时： (7) ，解参见右图：当时：当时：当时：当时：当时： (8) ，解参见右图

当时：当时：当时：当时： (9) ，解 (10) ，解或写作：

求下列连续信号的卷积。 (1) ，解参见右图：当时：当时：当时：当时：当时：当时： (2) 和如图2.3.2所示解当时：当时：当时：当时：当时： (3) ，解 (4) ，解 (5) ，解参见右图。当时：当时：当时：

机械工程测试技术基础(第三版)试题(卷)与答案解析集

机械工程测试技术基础(第三版)试卷集. 一、填空题１、周期信号的频谱是离散的，而非周期信号的频谱是的。２、均方值Ψx2表示的是信号的强度，它与均值μx、方差σx2的关系是。３、测试信号调理电路主要有、、。４、测试系统的静态特性指标有、、。５、灵敏度表示系统输出与输入之间的比值，是定度曲线的。６、传感器按信号变换特性可分为、。７、当时，可变磁阻式电感传感器的输出和输入成近似线性关系，其灵敏度S趋于。８、和差特性的主要内容是相临、相反两臂间阻值的变化量符合、的变化，才能使输出有最大值。９、信号分析的过程主要包括：、。 10、系统动态特性在时域可用来描述，在复数域可用来描述，在频域可用来描述。 11、高输入阻抗测量放大电路具有高的共模抑制比，即对共模信号有抑制作用，对信号有放大作用。 12、动态应变仪上同时设有电阻和电容平衡旋钮，原因是导线间存在。 13、压控振荡器的输出电压是方波信号，其与输入的控制电压成线性关系。 14、调频波的解调又称，其解调电路称为。 15、滤波器的通频带宽和响应时间成关系。 16、滤波器的频率分辨力主要由其决定。 17、对于理想滤波器，滤波器因数λ＝。 18、带通滤波器可由低通滤波器（f c2）和高通滤波器（f c1）而成（f c2> f c1）。 19、测试系统的线性度和滞后度是由误差引起的；而重复性误差是由误差引起的。二、问答题（共30分）１、什么是测试？说明测试系统的构成及各组成部分的作用。（10分）２、说明电阻丝应变片和半导体应变片的异同点，各有何优点？（10分）３、选用传感器的原则是什么？（10分）三、计算题（共55分）１、已知信号x(t)=e-t (t≥0)， (1) 求x(t)的频谱函数X(f)，并绘制幅频谱、相频谱。 (2) 求x(t)的自相关函数R x (τ) 。（15分）２、二阶系统的阻尼比ξ=0.2，求ω=ωn时的幅值误差和相位误差，如果使幅值误差不大于10％，应取多大阻尼比？。（10分）３、一电容传感器，其圆形极板r = 4mm，工作初始间隙δ0 =0.3mm，（1）工作时如果传感器的工作间隙变化Δδ=±2μm，求电容的变化量。（2）如果测量电路灵敏度S1=100mv/pF，读数仪表灵敏度S2=5格/mv，在 Δδ=±2μm时，读数仪表的指示值变化多少格？（ε0 = 8.85×10-12 F/m）(8分) ４、已知RC低通滤波器的R=1KΩ，C=1MF，当输入信号μx= 100sin1000t时，求输出信号μy 。（7分）５、（1）在下图中写出动态应变仪所包含的各个电路环节。（2）如被测量x(t) = sinωt，载波y(t)=sin6ωt，画出各环节信号的波形图。(15分一、填空题： 1、连续 2、￠x2=H x2+óx2 3、电桥、放大、调制解调电路 4、非线性度、灵敏度、回程误差 5、斜率 6、组合型、一体化型 7、Δó〈〈ó0定位8、相邻相反相对相同9、信号分析、信号处理 10、传递函数、频率函数、脉冲响应函数11、差模12、分布电容13、频率14、鉴频、鉴频器15、反比16、带宽B 17、1 18、串联19、

(完整版)语音信号分析与处理系统设计

语音信号分析与处理系统设计

语音信号分析与处理系统设计摘要语音信号处理是研究用数字信号处理技术和语音学知识对语音信号进行处理的新兴的学科，是目前发展最为迅速的信息科学研究领域的核心技术之一。通过语音传递信息是人类最重要、最有效、最常用和最方便的交换信息形式。 Matlab语言是一种数据分析和处理功能十分强大的计算机应用软件，它可以将声音文件变换为离散的数据文件，然后利用其强大的矩阵运算能力处理数据，如数字滤波、傅里叶变换、时域和频域分析、声音回放以及各种图的呈现等，它的信号处理与分析工具箱为语音信号分析提供了十分丰富的功能函数，利用这些功能函数可以快捷而又方便地完成语音信号的处理和分析以及信号的可视化，使人机交互更加便捷。信号处理是Matlab重要应用的领域之一。本设计针对现在大部分语音处理软件内容繁多、操作不便等问题，采用MATLAB7.0综合运用GUI界面设计、各种函数调用等来实现语音信号的变频、变幅、傅里叶变换及滤波，程序界面简练，操作简便，具有一定的实际应用意义。最后，本文对语音信号处理的进一步发展方向提出了自己的看法。关键字：Matlab；语音信号；傅里叶变换；信号处理；

目录 1 绪论 (1) 1.1课题背景及意义 (1) 1.2国内外研究现状 (1) 1. 3本课题的研究内容和方法 (2) 1.3.1 研究内容 (2) 1.3.2 运行环境 (2) 1.3.3 开发环境 (2) 2 语音信号处理的总体方案 (3) 2.1 系统基本概述 (3) 2.2 系统基本要求 (3) 2.3 系统框架及实现 (3) 2.4系统初步流程图 (4) 3 语音信号处理基本知识 (6) 3.1语音的录入与打开 (6) 3.2采样位数和采样频率 (6) 3.3时域信号的FFT分析 (6) 3.4数字滤波器设计原理 (7) 3.5倒谱的概念 (7) 4 语音信号处理实例分析 (8) 4.1图形用户界面设计 (8) 4.2信号的采集 (8) 4.3语音信号的处理设计 (8) 4.3.1 语音信号的提取 (8) 4.3.2 语音信号的调整 (10)

测试技术与信号分析汇总

1．在系统特性测量中常用白噪声信号作为输入信号，然后测量系统的输出，并将输出信号的频谱作为系统频率特性。请用卷积分定理解释这样做的道理。答：白噪声是指功率谱密度在整个频域内均匀分布的噪声，所有频率具有相同能量的随机噪声称为白噪声。在其频谱上是一条直线。系统频率特性：传递函数的一种特殊情况，是定义在复平面虚轴上的传递函数。时域卷积分定理：两个时间函数的卷积的频谱等于各个时间函数的乘积，即在时域中两信号的卷积等效于在频域中频谱相乘。频域卷积分定理：两个时间函数的频谱的卷积等效于时域中两个时间函数的乘积。y(t)=h(t)*x(t),对y(t)作付式变换，转到相应的频域下Y(f)=H(f)X(f)，由于x(t)是白噪声，付式变换转到频域下为一定值，假定X(f)=1，则有Y(f)=H(f)，此时就是传递函数。 2．用1000Hz的采样频率对200Hz的正弦信号和周期三角波信号进行采样，请问两个信号采样后是否产生混叠？为什么？采样频率ωs（2π／Ts）或fs(1／Ts)必须大于或等于信号x(t)中的最高频率ωm的两倍，即ωs＞2ωm，或fs＞2fm。为了保证采样后的信号能真实地保留原始模拟信号的信息，采样信号的频率必须至少为原信号中最高频率成分的2倍。这是采样的基本法则，称为采样定理。但在对信号进行采样时，满足了采样定理，只能保证不发生频率混叠，对信号的频谱作逆傅立叶变换时，可以完全变换为原时域采样信号，而不能保证此时的采样信号能真实地反映原信号。工程实际中采样频率通常大于信号中最高频率成分的3到5倍。理论上周期三角波的频谱里包含所有奇次谐波分量，也就是说200Hz的周期三角波信号包含600Hz、1kHz、1.4kHz等等谐波，所以用1000Hz采样频率对200Hz周期三角波信号采样，会发生混叠。而对200Hz正弦信号采样不会发生混叠。 3．什么是能量泄露和栅栏效应？能量泄漏与栅栏效应之间有何关系？能量泄漏：将截断信号的谱XT(ω)与原始信号的谱X（ω）相比较可知，它已不是原来的两条谱线，而是两段振荡的连续谱．这表明原来的信号被截断以后，其频谱发生了畸变，原来集中在f0处的能量被分散到两个较宽的频带中去了，这种现象称之为频谱能量泄漏（Leakage）。栅栏效应：对采样信号的频谱,为提高计算效率,通常采用FFT算法进行计算,设数据点数为N = T/dt = T.fs则计算得到的离散频率点为Xs(fi) , fi = i.fs/N , i = 0,1,2,…,N/2。这就相当于透过栅栏观赏风景,只能看到频谱的一部分,而其它频率点看不见,因此很可能使一部分有用的频率成分被漏掉,此种现象被称为栅栏效应。频谱的离散取样造成了栅栏效应，谱峰越尖锐，产生误差的可能性就越大。例如，余弦信号的频谱为线谱。当信号频率与频谱离散取样点不等时，栅栏效应的误差为无穷大。实际应用中，由于信号截断的原因，产生了能量泄漏，即使信号频率与频谱离散取样点不相等，也能得到该频率分量的一个近似值。从这个意义上说，能量泄漏误差不完全是有害的。如果没有信号截断产生的能量泄漏，频谱离散取样造成的栅栏效应误差将是不能接受的。能量泄漏分主瓣泄漏和旁瓣泄漏，主瓣泄漏可以减小因栅栏效应带来的谱峰幅值估计误差，有其好的一面，而旁瓣泄漏则是完全有害的。 4．简述传递函数、频响函数和脉冲响应函数间的联系与区别。传递函数：零初始条件下线性系统响应（即输出）量的拉普拉斯变化（或z变换）与激励（即输入）量的拉普拉斯变换之比。记作G（s）＝Y（s）／U（s），其中Y（s）、U（s)分别为输出量和输入量的拉普拉斯变换。频响函数：(1)简谐激励时，稳态输出相量与输入相量之比。(2)瞬态激励时，输出的傅里叶变换与输入的傅里叶变换之比。(3)平稳随机激励时，输出和输入的互谱与输入的自谱之比。

信号分析与处理技术习题册

第一章时域离散信号与离散系统 1－1 给定信号： ?? ???≤≤-≤≤-+=其它,040,61 4,52)(n n n n x （1）画出x(n)序列的波形，标上各序列值；（2）试用延迟的单位脉冲序列及其加权和表示x(n)序列；（3）令x 1(n)=2x(n-2),试画出x 1(n)波形；（4）令x 2(n)=2x(n+2)，试画出x 2(n)波形；（5）令x 3(n)=x(2-n)，试画出x 3(n)波形。 1－2 有序列如下图所示请计算x e (n)=[x(n)+x(-n)]/2，并画出波形。 1－3 试判断（1）∑-∞ ==n m m x n y )()( （2）y(n)=[x(n)]2 （3）) 792sin()()(π π +=n n x n y 是否线性系统，并判断（2）、（3）是否移不变系统。 1－4设线性时不变系统的单位脉冲响应h(n)和输入序列x(n)如图所示，要求画出y(n)的波形。 1－5 已知线性移不变系统的输入为x(n)=δ(n)-δ(n-2),系统的单位抽样响应为 h(n)=0.5n R 3(n)，试求系统的输出y(n) 1－6 设有一系统，其输入输出关系由以下差分方程确定： y(n)-0.5y(n-1)=x(n)+0.5x(n-1) 设系统是因果性的。利用递推法求系统的单位抽样响应；（1）由（1）的结果，利用卷积和求输入x(n)=e jwn u(n)的响应。第二章时域离散信号与系统的频域分析 2－1 试求如下序列的傅立叶变换：

（1）x 1(n)=R 5(n) （2）x 2(n)=u(n+3)-u(n-4) 2－2 设???==其它 ,01,0,1)(n n x ，将 x(n)以4为周期进行周期延拓，形成周期序列~)(n x ，画出x(n)和~)(n x 的波形，求出~)(n x 的离散傅立叶级数~)(k X 和傅立叶变换。 2－3 设如图所示的序列x(n)的FT 用X(e jw )表示，不直接求出X(e jw )，确定并画出傅立叶变换实部Re[X(e jw )]的时间序列x e (n) 2－4 求序列-2-n u(-n-1)的Z 变换及收敛域： 2－5 已知)(2||5.02523)(211n x z z z z z X 对应的原序列，求收敛<<+--=--- 2－6 分别用长除法、部分分式法求以下X(z)的反变换： 21||,41 1311)(21>-- = --z z z z X 2－7 用Z 变换法解下列差分方程： y(n)-0.9y(n-1)=0.05u(n),y(-1)=1,y(n)=0,n<-1 2－8 研究一个输入为x(n)和输出为y(n)的时域线性离散移不变系统，已知它满足)()1()(310 )1(n x n y n y n y =++--，并已知系统是稳定的，试求其单位抽样响应。第三章离散傅立叶变换（DFT ） 3－1 计算以下序列的N 点DFT ，在变换区间0≤n ≤N-1内，序列的定义为x(n)=sin(w 0n)·R N (n)

(完整版)信号与系统的理解与认识

1.《信号与系统》这门课程主要讲述什么内容？《信号与系统》是一门重要的专业基础课程。它的任务是研究信号和线性非时变系统的基本理论和基本分析方法，要求掌握最基本的信号变换理论，并掌握线性非时变系统的分析方法，为学习后续课程，以及从事相关领域的工程技术和科学研究工作奠定坚实的理论基础。 2. 这门在我们的知识架构中占有什么地位？是一门承上启下的重要的专业基础课程。其基本概念和方法对所有的工科专业都很重要。信号与系统的分析方法的应用范围一直不断的在扩大。信号与系统不仅仅是工科教育中一门最基本的课程，而且能够成为工科类学生最有益处而又引人入胜又最有用处的一门课程。《信号与系统》是将我们从电路分析的知识领域引入信号处理与传输领域的关键性课程。 3.学习这门课程有什么用处？

学习这门课程有什么用处呢？百度告诉我：通过本课程的学习，学生将理解信号的函数表示与系统分析方法，掌握连续时间系和离散时间系统的时域分析和频域分析，连续时间系统的S域分析和散时间系统的Z分析，以及状态方程与状态变量分析法等相关内容。通过上机实验，使学生掌握利用计算机进行信号与系统分析的基本方法加深对信号与线性非时变系统的基本理论的理解，训练学生的实验技能和科学实验方法，提高分析和解决实际问题的能力。在百度上和道客巴巴还有知乎上都是很多这样看起来很高大上的解释，但是作为学生的我还是不能很清楚的了解到学习这门课程有什么用处，后面我发现了这样一个个例子，觉得对信号与系统的用处有了一定的了解。如图这样一个轮子是怎么设计的呢？（打印有可能打印不出来，就是很神奇的一个轮子，交通工具）没学过信号与系统的小明想到了反馈与系统，在轮子上放一个传感器，轮子正不正系统就知道了，所以设计这个轮子其实就是设计一个系统。好，现在我们有了一个传感器，要是机器朝左边偏一度，他就会输出一个信号。这个信号接下来就会传给处理器进行处理。处理器再控制电机，让他驱动轮子产生向左的加速度，加速度就相当于给予系统向右的力，来修正向左的偏移。小明就按照这一思想设计了一个小车车。踏上踏板，一上电，尼玛，他和他的车车就变成了一个节拍器。左边摔一下，右边摔一下。幸亏小明戴了头盔。小明觉得被骗了。找了一本反馈理论来看，原来有些反馈系统是不稳定的。想要这个系统稳定地立着，我该怎么办？小明眼神呆滞，望着天空。天边传来一个声音：你要分析环路稳定性呀。怎么分析呢？你要从信号传输入手，分析信号的传输函数。

机械工程测试技术基础试题和答案解析

一、选择题 1、差动式变极距式电容传感器的灵敏度是变极距式传感器的___A___倍. A、2 B、3 C、4 D、5 2、信号有多种类型，从分析域上看，经典的分析方法有___D___ 和 __D____。 A、时域法，相频法 B、时域法，幅频法 C、相频法，幅频法 D、时域法，频域法 3、压电式传感器的转换原理是利用晶体材料的___B___。 A、电阻应变效应 B、压电效应 C、电磁感应 D、霍尔效应 4、传感器的静态特性中，输出量的变化量与引起此变化的输入量的变化量之比称为___B___。 A、线性度 B、灵敏度 C、稳定性 D、回程误差 6、信息与信号二者间关系是__C____。 A、信息与信号相同 B、信息包含信号 C、信息在信号之中 D、信息与信号无关 7、当两信号的互相关函数在t0有峰值，表明其中一个信号和另一个信号时移t0时，相关程度__B____。 A、最低 B、最高 C、适中 D、一般 8、传感器的灵敏度越高，意味着传感器所能感知的___A__越小。 A、被测量 B、输出量 C、频率特性 D、显示值 9、测试工作的任务主要是要从复杂的信号中提取( ) A、干扰噪声信号 B、正弦信号 C、有用信号 D、频域信号 10、时域信号的时移，则频谱变化为（）

A、扩展 B、压缩 C、不变 D、相移 11、记录磁带快录慢放，放演信号的频谱带宽( ) A、变窄，幅值压低 B、扩展，幅值压低 C、扩展，幅值增高 D、变窄，幅值增高 12、用二阶系统作测量装置时，为获得较宽的工作频率范围，则系统的阻尼比应( ) A、愈大愈好 B、愈小愈好 C、接近1/2 D、接近 13、对二阶系统输入信号x(t)=A1sinw1t+A2sinw2t,则系统稳态输出方程的通式为( ) A、A1sin(w1t+φ1）+A2sin(w2t+φ2） B、A1A2sinw1tsinw2t C、A1＇sinw1t+A2＇sinw2t D、A1＇sin（w1t+φ＇１）+A2＇sin（w2t+φ２＇） 15、在测量位移的传感器中，符合非接触测量，而且不受油污等介质影响的是( ) A、电容式 B、压电式 C、电阻式 D、电涡流式 16、只使在fe1～fe2间频率的信号通过，应采用（）滤波器 A、带阻 B、带通 C、高通 D、低通 17、在选用振子时，除了使阻尼比接近０.７外，应使被测正弦信号的最高频率fm( )振动子的固有频率fn A、等于 B、>2倍

《信号与系统分析基础》第1章习题解答

《信号与系统分析基础(第2版)》部分习题解答姜建国，曹建中，高玉明著,清华大学出版社，2006年7月第一章 1-3 粗略画出下列各序列的图形。（5）1 ()2 (1)n x n u n -=- 1-5 说明下列函数的信号是否是周期信号，若是，求周期T 。（本题属于连续情况）（1）sin sin3a t b t - 解：12222, T 13 T ππ π= == 1 2 3T T =，为有理数 ∴是周期信号，2T π= （3）sin 4cos7a t b t + 解：122, 27T T π π= = 1 2 7 224 7 T T π π= = 为有理数 ∴是周期信号，2T π= 1-6 判断下列各序列是否是周期性的，若是，试确定其周期。（本题属于离散情况）（1）3 ()cos()7 8 x n A n π =-

解：周期条件：22 =m kN m N k πωπω=? 本题中，314 =73m N k πω=?为无理数，非周期。（2）8 ()n j x n e π-= 解： =168 N π ω=，是周期信号，周期为16. （3）()8 ()n j x n e π-= 解：12 =168N m m πωπω = ?=为无理数，非周期。 1-7 绘出下列各时间函数的波形图，注意它们的区别。设01 = 2 t ωπ= ， 12030040(1) ()sin ()(2) ()sin ()(3) ()sin ()()(4) ()sin ()() f t t u t f t t u t t f t t t u t t f t t t u t ωωωω=?=?-=-?-=-?

机械工程测试技术基础大作业信号的分析与系统特性

Harbin Institute of Technology 机械工程测试技术基础大作业题目：信号的分析与系统特性班级：作者：学号：指导教师：李跃峰设计时间：哈尔滨工业大学一、题目要求 1 1 )(+= s s H τ； 2 2240)(n n n s s s H ωζωω++= ；二、设计过程 1) 写出波形图所示信号的数学表达通式；

在一个周期内三角波可表示为;其傅里叶级数展开式为 2）求取其信号的幅频谱图（单边谱和双边谱）和相频谱图； 1、单边谱幅频谱函数，相频谱函数幅频谱、相频谱图如下图示： 2、双边谱傅里叶级数的复指数展开为：则则幅频谱、相频谱图如下图所示：

3）画出表中所给出的系统H(s)的伯德图； 1、一阶系统的传递函数为，则Bode图为： 2、二阶系统的传递函数为，则Bode图为： 3）若将此信号输入给特性为传递函数为H(s)的系统中，求其响应； 1、一阶响应对于该输入信号可以对每一项单独计算系统输出相应，然后相加即可。 x(t)＝例如：对于,解微分方程，其解为：便是系统对该正弦激励的响应。式中：A= （）进而可以算出每一项的响应，相加就可以得到全部响应。 2、二阶响应对于该输入信号可以对每一项单独计算系统输出相应，然后相加即可。 x(t)＝例如：对于,解微分方程，其解为：

便是系统对该正弦激励的响应。式中：; ; ； ; （）带入ωn=0.04，ζ= 0.08即可得到该正弦激励响应，进而可以算出每一项的响应，相加就可以得到全部响应。 4）讨论信号参数的取值，使得输出信号的失真小。对于线性系统,正弦函数的输出和输入满足关系: （）对于二阶系统，正弦函数的输出和输入满足关系: 三角波经过传递函数后的整体输出为各个子三角函数输出的和,要使输出信号的失真最小,即要使幅值失真最小，越小，输出失真越小，而幅值A对失真无影响。

信号分析与处理

信号分析与处理第一章绪论：测试信号分析与处理的主要内容、应用；信号的分类，信号分析与信号处理、测试信号的描述，信号与系统。测试技术的目的是信息获取、处理和利用。测试过程是针对被测对象的特点，利用相应传感器，将被测物理量转变为电信号，然后，按一定的目的对信号进行分析和处理，从而探明被测对象内在规律的过程。信号分析与处理是测试技术的重要研究内容。信号分析与处理技术可以分成模拟信号分析与处理和数字信号分析与处理技术。一切物体运动和状态的变化，都是一种信号，传递不同的信息。信号常常表示为时间的函数，函数表示和图形表示信号。信号是信息的载体，但信号不是信息，只有对信号进行分析和处理后，才能从信号中提取信息。信号可以分为确定信号与随机信号；周期信号与非周期信号；连续时间信号与离散时间信号；能量信号与功率信号；奇异信号；周期信号无穷的含义，连续信号、模拟信号、量化信号，抽样信号、数字信号在频域里进行信号的频谱分析是信号分析中一种最基本的方法：将频率作为信号的自变量，在频域里进行信号的频谱分析；信号分析是研究信号本身的特征，信号处理是对信号进行某种运算。信号处理包括时域处理和频域处理。时域处理中最典型的是波形分析，滤波是信号分析中的重要研究内容；测试信号是指被测对象的运动或状态信息，表示测试信号可以用数学表达式、图形、图表等进行描述。常用基本信号（函数）复指数信号、抽样函数、单位阶跃函数单位、冲激函数（抽样特性和偶函数）离散序列用图形、数列表示，常见序列单位抽样序列、单位阶跃序列、斜变序列、正弦序列、复指数序列。系统是指由一些相互联系、相互制约的事物组成的具有某种功能的整体。被测系统和测试系统统称为系统。输入信号和输出信号统称为测试信号。系统分为连续时间系统和离散时间系统。