(免费)信号与系统课件 第十九章(Hsieh版 共20章)

合集下载

信号与系统PPT

信号与系统PPT

(2)反转:f(-2t)中以-t代替t,可求得f(2t),表明f(-2t)的波形 以t=0的纵轴为中心线对褶,注意 (t ) 是偶数,故
2 ( t
பைடு நூலகம்
1 2
) 2 (t
1 2
)
2 (t
1 2
)
f(2t) 由f(-2t) 反褶 f(2t)

1 2
0
1
t
(3)比例:以
1 2
f (k )
f (k )
e t
3 2 1
k
0
1
2
3
0
1
2
3
k
f ( t ) sin t
f(t)
0
t
0
t
t<0时,f(t)=0的函数称为有始函数
连续时间函数可包含不连续点
f (t k )
f(n)
(2) (1) (1)
0
12 345
t
0
1 2 3 4 数字信号
t
离散时间信号
3.周期信号与非周期信号 周期信号是指经过一定时间重复出现的信号;而非周 期信号在时间上不具有周而复始的特性。
或 若
e (t ) r (t )

ke ( t ) kr ( t )
叠加性是指若有n个输入同时作用于系统时,系统的输出等于各个输入单独 作用于系统所产生的输出之和
T e1 ( t ) e 2 ( t ) T e1 ( t ) T e 2 ( t )


若 则
( t )dt a
1

a ( t )dt
1
2 (
1 2

信号与系统(全套课件557P)

信号与系统(全套课件557P)
时不变的离散时间系统表示为
f [k ] y f [k ]
f [k n] y f [k n]
线性时不变系统可由定常系数的线性微分方程式 或差分方程式描述。
4.因果系统与非因果系统
•因果系统:当且仅当输入信号激励系统时才产 生系统输出响应的系统。 •非因果系统:不具有因果特性的系统称为非因 果系统。
离散信号 频域:信号分解为不同频率正弦序列的线性组合
复频域:信号分解为不同频率复指数的线性组合
系统的概念
系统是指由相互作用和依赖的若干事物组成的、 具有特定功能的整体。
系统分析的主要内容
建立与求解系统的数学模型 系统的描述
系统响应的求解
输入输出描述法:N阶微分方程 系统的描述
连续系统
系 统 分 析
y[k]=f1[k]+f2[k]
f[ k]
D
y[k]=f[k-1]
f [ k]
a
y[k]=af[k]
二、系统的分类
1.连续时间系统与离散时间系统
•连续时间系统:系统的输入激励与输出响应都 必须为连续时间信号 •离散时间系统:系统的输入激励与输出响应都 必须为离散时间信号 •连续时间系统的数学模型是微分方程式。 •离散时间系统的数学模型是差分方程式。
f (t) 连续系统 y(t) f[ k] 离散系统 y[ k]
2.线性系统与非线性系统
• 线性系统:具有线性特性的系统。线性特性包括
均匀特性与叠加特性。
(1)均匀特性:
若f1 (t ) y1 (t )
则Kf1 (t ) Ky1 (t )
(2)叠加特性:
若f1 (t ) y1 (t ), f 2 (t ) y2 (t )

信号与系统SignalsandSystemsppt课件

信号与系统SignalsandSystemsppt课件

0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
一、基本信号的MATLAB表示
% rectpuls
t=0:0.001:4; T=1; ft=rectpuls(t-2*T,T); plot(t,ft) axis([0,4,-0.5,1.5])
rand
产生(0,1)均匀分布随机数矩阵
randn 产生正态分布随机数矩阵
四、数组
2. 数组的运算
数组和一个标量相加或相乘 例 y=x-1 z=3*x
2个数组的对应元素相乘除 .* ./ 例 z=x.*y
确定数组大小的函数 size(A) 返回值数组A的行数和列数(二维) length(B) 确定数组B的元素个数(一维)
0.3
0.2
0.1
function [f,k]=impseq(k0,k1,k2) 0
-50 -40 -30 -20 -10
0
10 20 30 40 50
%产生 f[k]=delta(k-k0);k1<=k<=k2
k=[k1:k2];f=[(k-k0)==0];
k0=0;k1=-50;k2=50;
[f,k]=impseq(k0,k1,k2);
已知三角波f(t),用MATLAB画出的f(2t)和f(2-2t) 波形

信号与系统新课件

信号与系统新课件
50年代 *傅里叶变换;*拉普拉斯变换 60年代 伺服系统:灵敏度与*稳定性 70年代 *时域分析; *离散系统与系统 80年代 *数字信号处理;时间序列分析; 90年代 神经网络;小波变换 00年代 希尔伯特-黄变换;复杂性度量(广义信息
理论)

信号与系统相关技术 已渗透到所有现代自然科学和社会科学领域
傅里叶:所有的函数都可以分解为不同频率三角函 数的叠加。

波形(Waveforms)

函数的单变量变换(Transformation of independent variable)
•1. 反转(反褶)f(-t):信号f(t)与f(-t)以纵轴镜像对称
•1

•-2
•0 •1
•t
•1 •-1 •0

信号的表现形式 (Representation)
时间上:时间的函数f(t) (本课程中信号=函 数) (Signal=Function)
空间上:(时域)波形( Waveform over Time domain)
频域中:频谱 (Frequency spectrum over frequency domain)
•1
•-1 0
•右移 •1
2t
•0

•1.2 连续时间信号的基本运算与波形变换
•方法二、先平移后反转(注意:是对t 的变换!)
•左移
•1
•-2
01 t
•1 •右移
1 •反转 1
20
20
•1

•例:已知f(5-2t)的波形如图所示,试画出f(t)的 波形。
•t
•解:(1)时移
•以 •而求得-2t,即f(5-2t)左移

信号与系统ppt课件

信号与系统ppt课件
1. 实指数信号: C,a 为实数
a 0 呈单调指数上升。
精品课件
a 0 呈单调指数下降。 a 0 x(t) C 是常数。
2. 周期性复指数信号:
a j0,不失一般性取
C 1 x (t) ej 0 t c o s0 tjsin0 t
• 连续时间情况下:
E lT im T Tx(t)2d t x(t)2dt
•离散时间情况下:
N
E N l i m nNx(n)2n x(n)2
精品课件
在无限区间内的平均功率可定义为:
x(t) P
lim1 T2T
T T
2
dt
PN l i m 2N 11nN Nx(n)2
精品课件
1.2 自变量变换
究确知信号。
精品课件
连续时间信号的例子:
精品课件
离散时间信号的例子:
精品课件
连续时间信号在离散 时刻点上的样本可以构成一个 离散时间信号。
精品课件
二. 信号的能量与功率:
连续时间信号在 [ t1 , t 2 ] 区间的能量定义 为:
E t2 x(t) 2 dt t1
连续时间信号在 [ t1 , t 2 ]
率定义为:
区间的平均功
P 1 t2 x(t)2 dt
t2 t1 t1
精品课件
离散时间信号在 [ n1 , n 2 ]
的能量定义为n2
E
x(n) 2
n n1
区间
离散时间信号在 [ n1 , n 2 ] 平均功率为
P 1
n2 x(n)2
n2 n11nn1
精品课件
区间的
在无限区间上也可以定义信号的总 能量:
•给定信号和系统求变换后的 信号。

信号与系统郑君里课件

信号与系统郑君里课件

04
信号的频域分析
傅里叶变换的定义与性质
傅里叶变换的性质
线性、时移、频移、共轭、对称等性质,这 些性质在信号处理中有着广泛的应用。
傅里叶变换
将时间域信号转换为频域信号的数学工具。
傅里叶变换的逆变换
将频域信号还原为时间域信号的过程。
频域表示与频谱分析
01
频域表示
通过傅里叶变换,将信号从时间 域转换到频域,用频率作为自变 量表示信号特性。
系统。
信号与系统的重要性及应用领域
总结词
信号与系统是信息传输和处理的基础,广泛应用于通 信、控制、图像处理等领域。
详细描述
信号与系统是信息科学和技术领域的基础学科,是研究 信息传输和处理的基本理论和方法。在通信领域中,信 号与系统理论用于研究信号的调制解调、频谱分析和信 道容量等问题;在控制领域中,信号与系统理论用于研 究系统的稳定性、时域和频域分析等问题;在图像处理 领域中,信号与系统理论用于研究图像的压缩编码、滤 波和增强等问题。此外,信号与系统理论还在雷达、声 呐、生物医学工程等领域得到广泛应用。
02
信号的时域分析
信号的时域表示
信号的分类
根据不同的特性,信号可以分为连续信号和离散 信号、确定性信号和随机信号等。
信号的时域表示
信号在时间轴上的取值表示,可以是连续的波形 或离散的序列。
信号的基本属性
幅度、频率、相位等。
信号的时域运算
信号的延迟和提前。
信号的微分、积分等时域 变换。
信号的加法、减法、乘法 等基本运算。
系统的频域响应
线性时不变系统的频域响应
01
描述系统对不同频率输入信号的输出响应,包括幅度响应和相
位响应。

信号与系统(郑君里)ppt

信号与系统(郑君里)ppt

f(t)
O
t
f(n)
O 12
n
4.模拟信号,抽样信号,数字信号
•模拟信号:时间和幅值均为连续
f t
的信号。


t
•抽样信号:时间离散的,幅值
O

连续的信号。
f n

•数字信号:时间和幅值均为离散 O
n
的信号。
f n
主要讨论确定性信号。 n
先连续,后离散;先周期,后非周期。O
时间轴 幅度轴
连续
连续 模拟信号
t
f(t)
t/2
f(t/2)
0
1
0
1
T
2
T
2
时间尺度压缩:t ห้องสมุดไป่ตู้ 2 ,波形扩展
求新坐标
t
f(t/2)
0
1
2T
2
f(t)f(2t)
f t
2 1
O
Tt
宗量相同,函数值相同
t
f(t)
2t
f(2t)
0
1
0
1
T
2
T
2
求新坐标
t
f(2t)
0
1
T/2
2
t2t,时间尺度增加,波形压缩。
比较
f t
2 1
O
Tt
O
t
二.单位阶跃信号
1. 定义
u(t )
0
u(t )
1
t 0 0点无定义或1
t 0
2
2. 有延迟的单位阶跃信号
1
O
t
u(t t0 )
0 u(t t0 ) 1
0 u(t t0 ) 1

信号与系统PPT课件

信号与系统PPT课件
f(t) 1
-2 o
2 t t → 0.5t 扩展
f (2 t ) 1
-1 o 1
t
f (0.5 t )
1
-4
o
4t
对于离散信号,由于 f (a k) 仅在为a k 为整数时才有意义, 进行尺 度变换时可能会使部分信号丢失。因此一般不作波形的尺度变换。
平移与反转相结合举例
例 已知f (t)如图所示,画出 f (2 – t)。 解答 法一:①先平移f (t) → f (t +2)
结论
由上面几例可看出: ①连续正弦信号一定是周期信号,而正弦序列不一定是 周期序列。 ②两连续周期信号之和不一定是周期信号,而两周期序 列之和一定是周期序列。
4.能量信号与功率信号
将信号f (t)施加于1Ω电阻上,它所消耗的瞬时功率为| f (t) |2, 在区间(–∞ , ∞)的能量和平均功率定义为
(1)信号的能量E (2)信号的功率P
def
E
f(t )2 d t
P
def
lim
T
1
T
T
2
T
f(t )2 d t
2
若信号f (t)的能量有界,即 E <∞ ,则称其为能量有限信号, 简称能量信号。此时 P = 0
若信号f (t)的功率有界,即 P <∞ ,则称其为功率有限信号, 简称功率信号。此时 E = ∞
解 (1)sin(3πk/4) 和cos(0.5πk)的数字角频率分别为 β1 = 3π/4 rad, β2 = 0.5π rad 由于2π/ β1 = 8/3, 2π/ β2 = 4为有理数,故它们的周期 分别为N1 = 8 , N2 = 4,故f1(k) 为周期序列,其周期为 N1和N2的最小公倍数8。 (2)sin(2k) 的数字角频率为 β1 = 2 rad;由于2π/ β1 = π为无理数,故f2(k) = sin(2k)为非周期序列 。
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
−1
Rxx Rxy Ryx Ryy
= RT can be
=
−1
−1 0 Rxx 0 0
+ +
−1 R −Rxx xy I
· Q−1 · P −1
−1 −Ryx Rxx
I
(6) (7)
=
0 0 −1 0 Ryy
I −1 R −Ryy yx
I
−1 − Rxy Ryy
where Q and P are called the Schur complements of R yy and Rxx , respectively.
z = Hs + n
Want s ˆ(z ). 1. ML If n ∼ N (0, Rnn ), then max p(z |s)
s
=⇒
max ln p(z |s)
s
=⇒
min
s
1 −1 (z − Hs)T · Rnn · (z − Hs) 2
Let ∇s (·)|s=ˆ sml = 0, we have
m
and y ∈
n
are jointly Gaussian:
Then the conditional pdf of y given x is also Gaussian:
−1 −1 y |x ∼ N µx + Cyx Cxx (y − µy ), Cyy − Cyx Cxx Rxy
3.2
Example: Linear Gaussian Model
−1 E(W ∗ ) ≡ E [e · eT ] = Rss − Rsz · Rzz · Rzs
Proof. Denote E (W ) ≡ E ||e||2 = E [eT e] = E (W z − s)T · (W z − s) = E z T W T W z − 2z T W T s + sT s We cannot take ∇W , because W is a matrix, not a vector. Suppose W ∗ minimizes E (W ). Let W = W∗ + δ · V where δ > 0 is a scalar and V is a matrix. Because d E (W ) dδ We have 2E z T W ∗ T V z − sT V z = 2E (z T W ∗ T − sT ) · V · z = 0 With tr (ABC ) = tr (BCA), we have tr V · E zz T W ∗ T − zsT = tr V Rzz · W ∗ T − Rzs = 0, ∀V =0
−1 Rxy Q = Ryy − Ryx Rxx
(8) (9)
P
=
−1 Rxx − Rxy Ryy Ryx
and the determinant of R can be written as: det det Rxx Rxy Ryx Ryy Rxx Rxy Ryx Ryy = det Rxx · det Q = det Ryy · det P (10) (11)
so that the right-hand-side is close to an upper-triangular matrix. A B C D A B C D
−1
= = = = =
A−1 0 −CA−1 I I A−1 B 0 Q
−1
·
−1
I A−1 B 0 Q A−1 0 −CA−1 I · A−1 0 − 1 I −CA
(13) (14) (15) (16) (17)
·
I −A−1 BQ−1 0 Q−1
A−1 + A−1 BQ−1 CA−1 −A−1 BQ−1 −Q−1 CA−1 Q−1 A−1 0 0 0
T
+
T
−A−1 B I
T
· [Q]−1 · −A−1 B I
Note the symmetry A−1 BQ−1 = Q−1 B T A−1 = Q−1 CA−1 . Besides, from Eqn (13), we have det R = det A · det Q. 3. When we plug the formula in Eqn (6) into Eqn (5), p(y |x) = 1 (2π )n/2 |Q| exp − 1 −1 y − Ryx Rxx x 2
x y
0 0
Then the conditional pdf of y given x is also Gaussian:
−1 −1x Rxx Rxy
(3)
Proof. 1. By definition of conditional pdf: p(y |x) ≡ p(x, y ) p(x) (2π )− =
n+m 2
(4)
T y T ]R−1 |R|−1/2 exp − 1 2 [x
m
x y
T −1 (2π )− 2 |Rxx |−1/2 exp − 1 2 x Rxx x
(5)
2. Matrix-inversion lemma: The inverse of a block symmetric matrix R ≡ written as 2 possible forms: Rxx Rxy Ryx Ryy Rxx Rxy Ryx Ryy
−1 −1 s ˆml = (H T Rnn H )−1 · H T Rnn ·z
XIX - 67
(a) s ˆml is a linear filter on z , and is similar to the Weighted-LS solution. (b) s ˆml is conditionally unbiased.
T −1 Q−1 y − Ryx Rxx x
(18)
which implies the conditional pdf is indeed Gaussian:
−1 −1 −1 y |x ∼ N Ryx Rxx x, Q = N Ryx Rxx x, Ryy − Ryx Rxx Rxy
(19)
Theorem 1 (Gauss-Markov theorem) If x ∈ x y ∼N µx µy , Cxx Cxy Cyx Cyy
E(W ∗ ) ≡ E [e · eT ] = E (W ∗ z − s) · (W ∗ z − s)T = E W ∗ zz T W ∗ T − 2W ∗ zsT + ssT = W ∗ Rzz W ∗ T − 2W ∗ Rzs + Rss = W ∗ Rzs − 2W ∗ Rzs + Rss
−1 = Rss − Rsz · Rzz · Rzs
−1 −1 −1
·z
(1)
· Hs = s
· H · E [s] = 0 = E [s]
3
3.1
Multivariate Gaussian Model
Gauss Markov Theorem
m
If x ∈
and y ∈ ∼N
n
are jointly Gaussian: , Rxx Rxy Ryx Ryy (2)
2
Example
z = Hs + n
where H, Rss , and Rnn are known; s and n are zero-mean and independent. Then Rsz ≡ E sz T = E s · (Hs + n)T = Rss H T Rzz ≡ E zz T = · · · = HRss H T + Rnn The LMMSE from z for s is: y (z ) = W ∗ z = Rss H T HRss H T + Rnn Performance of this LMMSE estimator: • y is conditionally biased. E [y |s] = Rss H T HRss H T + Rnn But y is uncondionally unbiased, E [y ] = Rss H T HRss H T + Rnn because s is zero-mean. • The error covariance matrix is E = · · · = Rss − Rss H T (HRss H T + Rnn )−1 HRss XIX - 65
ICM 5507 Detection & Estimation
Notes (12/28)
Fall 2001 S.F. Hsieh
XIX. Linear Minimum Mean Square Error Estimation(LMMSE)
ˆ(z ) may not be a linear function of z . An LMMSE model In general, a Bayes estimator(MS or MAP) θ aims to find a linear estimator s ˆ = W z so that the mean-square-error E [||s ˆ − s|| 2 ] can be minimized.
1
Linear model:
z → linear filter: W → y = Wz = s ˆ≈ s
where z W ∈ ∈
N
, is the received (observed) vector , M linear filters of length N
M
M ×N
y ≡ Wz ∈ s ∈
M
, estimated vector
相关文档
最新文档