§1.3 典型信号
山东大学 信息科学工程学院1-3典型连续时间信号

' ( t ) f ( t ) dt f ' ( 0 )
' ( t t 0 ) f ( t ) dt f ' ( t 0 )
作业:P26 1-1,1-2,1-3,1-6 下一节
1 sgn( t ) 1 (t 0 ) (t 0 )
sgn(t)
可用阶跃表示
1 0 -1
t
sgn( t ) 2 u ( t ) 1
4、单位冲激信号(Unit Impulse ) (1)定义
(t )
(1)
t
0
冲击强度
(2)讨论—电路:电容充放电
奇异函数是强度极大、作用时间极短一种物理量 的理想化模型。
(3) 性质
1、 ( t ) ( t ) f ( 0 ) ( t ) f
2、抽样性(筛选)
f (t ) 在t=0处连续
( t ) f ( t ) dt
( t ) f ( 0 ) dt f ( 0 )
( t t 0 ) f ( t ) dt
性质:
0
指数信号对时间的微分和积分仍然是指数形式
正弦信号(P6):表达式 波形图 性质
二.抽样信号(Sampling Signal)
Sa( t ) sin t t
2π
1
Sat
性质
①
Sa t Sat ,偶函数
πO
t
π
3π
②
t 0 , Sa( t ) 1,即limSa( t ) 1
t 0
信号与系统第一章(重点)

-1
图 1.2-1 连续时间信号
离散时间信号:亦称序列, 其自变量n是离散的, 通常为整数。 若是时间信号 (可为非时间信号), 它只在某些不连续的、 规定的瞬时给出确定的函数值, 其它 时间没有定义, 其幅值可以是连续的也可以是离散的, 如图1.2-2所示。
x1(n) 2
1
只能取-1,0,1,2
0
t
-1
6. 单位冲激偶函数δ′(t)
单位冲激函数的导数。
(t)
1 lim
0
u(t
)
2
u(t
2)
(t)
d(t)
dt
1 lim
0
(t
)
2
(t
2)
(1.3-30) (1.3-31)
式(1.3-31)取极限后是两个强度为无限大的冲激函数,
0
t
-k
3. 复指数信号
f(t)=kest
s=σ+jω为复数, σ为实部系数, ω为虚部系数。 借用欧拉公式: kest=ke(σ+jω)t=keσt e jωt=keσt cosωt+jkeσt sinωt 复指数信号可分解为实部与虚部。 实部为振幅随时间变化的余弦函数, 虚部为振幅随时间变化的正弦函数。
第1章 信号与系统
1.1 信号与系统概述 1.2 信号及其分类 1.3 典型信号 1.4 连续信号的运算 1.5 连续信号的分解 1.6 系统及其响应 1.7 系统的分类 1.8 LTI系统分析方法
1.1 信号与系统概述
人们每天都与载有信息的信号密切接触:
听广播、看电视是接收带有信息的消息; 发短信、打电话是传送带有信息的消息。
数字信号处理第一章可就PDF版本

Lab 4 Digital Processing of Continuous-Time Signals (连续时间信号的数字处理)
Lab 5 Digital Filter Design (数字滤波器设计) Lab 6 Digital Filter Implementation (数字滤波器
r (x,y) u (x,y) = g (x,y)
b (x,y)
r (x,y)
g (x,y)
b (x,y)
重点: 1-D信号的分类
问题1:离散时间信号就是数字信号,对吗? 问题2:采(抽)样信号是不是数字信号?若不
是,二者有何区别?
2
analog signal (模拟信号)
quantized boxcar signal (量化阶梯信号)
¾ 数字信号处理 —— 基于计算机的方法 (第3版). Sanjit K. Mitra 著, 阔永 红 改编. 电子工业出版社. 2006,3.
¾ 数字信号处理实验指导书 (MATLAB版). Sanjit K. Mitra 著,孙洪等译. 电子工业出版社. 2005, 1.
References
Exercises and Behavior (作业和平时): 10% Mid-term Exam (期中): 30% Final Exam (期末): 60%
Architecture of the course (课程体系)
信
离散时间信号的时域分析
号 分
离散时间傅里叶变换 (DTFT)
析
1.3-典型信号

e-j
t
cost-j sint
cos
t
sint
1 2 1
e jt e jt e jt e jt
2j
4
3.复指数信号
f (t ) Aest
( t )
Ae t cos t jAet sin t
s j 为复数,称为复频率
, 均为实常数
的量纲为 1 /s, 的量纲为 rad/s
0
n1
n2
n
12
重点:
2.常用离散信号
•单位样值信号 •单位阶跃序列 •正弦序列
•矩形序列 •斜变序列 •单边指数序列 •复指数序列
13
1.单位样值信号
(n)
0, n 1, n
0 0
时移性
(n
j)
0, n 1, n
j j
比例性 c (n), c (n j)
抽样性 f (n) (n) f (0) (n)
n0
15
2.单位阶跃序列
1 u(n) 0
n0 n0
u(n)
1
10 1 2 3
n
u(n)可以看作是无数个单位样值之和:
u(n) (n) (n 1) (n 2) (n 3)
(n k) k0
n与un是差和关系,不是微商关系。
16
x n sin n0
3.正弦序列
余弦序列:x n cos n
讨论
0, 0直流
0, 0,升指数信号
0,
0,衰减指数信号
0, 0等幅 0, 0增幅振荡 0, 0衰减
7
4.抽样信号(Sampling Signal)
Sat
sin t
1
Sa(t)
[生活]信号与系统基础知识
![[生活]信号与系统基础知识](https://img.taocdn.com/s3/m/0df4710015791711cc7931b765ce0508763275ad.png)
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。
信号绪论

§1.1信号的描述、分类和典型信号 其波形如图1-9
f(t)
f(t-t0)
1
t 0
1
t 0
1
t0 t0+1
图 1-9
实际应用常用的是“截平的”斜变信号,如图 1-10 f (t)
1
K t 0 τ
图 1-10
§1.1信号的描述、分类和典型信号 在时间τ以后斜变信号波切平,其表达式为
k f (t ) t f1 (t ) kt
ke ke
st
j t
ke cos t jke sin t
t
t
由上可以看出,一个复指数信号可分为实、 虚两部分,其中,实部包含余弦信号,虚部 包含正弦信号,而s的实部σ表示正、余弦函 数的振幅。
§1.1信号的描述、分类和典型信号 当σ>0,正、余弦信号是增幅振荡 当σ<0,正、余弦信号是衰减振荡 指数因子s的虚部ω表示正、余弦信号的角 频率。 虽然实际上不能产生复指数信号,但是在理 论上,它概括了多种实际情况,可以利用 复指数信号来描述各种基本信号。如直流 信号(σ=0,ω=0),指数信号(ω=0),等幅 正、余弦信号(σ=0),以及增长或衰减的 正、余弦信号。
§1.1信号的描述、分类和典型信号 3.连续时间信号与离散时间信号 这是按时间函数值取值连续性和离 散性来划分的。 (1)连续时间信号:在研究或讨论的时 间间隔内,除若干不连续点外,对于 任意时间值都能给出确定的函数值。 (又称为模拟信号)如图1-1
f(t)
1 0 τ t
图 1-1
§1.1信号的描述、分类和典型信号 (2)离散时间信号:在时间上是离散的,即 只在某些不连续的规定瞬时给出函数值, 在其它时间没有意义。如图1-2,此图对应 函数x(t)只在t=-2,-1,0,1,2,3,4等离散时刻给 出函数值2.1,-1,1,2,0,4.3。
信号与系统chapter 1

3
x( K )
1
2 2
t
-2 -1
0 1 2
k
连续时间信号
离散时间信号
§周期性信号与非周期性信号
连续时间周期信号定义: t R, 存在非零T,使得 x(t)=x(t+kT),k为整数 成立,则x(t)为周期信号。 离散时间周期信号定义: n I , 存在非零N,使得 x(n)=x(n+kN), n为整数,N为正整数 成立,则x [n] 为周期信号。 满足上述条件的最小的T或N值称为周期信号的周期。若令 周期信号的周期T(或)N趋于无限大,则成为非周期信号。
3 -4
(2) 利用筛选特性,有
x2 (t ) =蝌 e d (t - 6)dt = e -4
3 - 2t - 12
d (t - 6)dt = 0
(3) 利用展缩和筛选特性,有
x3 (t ) = 1 -2
¥
td (t - 1) =
1 2
d (t - 1)
(4) 利用抽样特性,有
x4 (t ) =ò- ? d (t 1 4 ) sin(p t )dt = sin(p t ) t = 1 = sin
0
0
ï î0,
t < t0
x(t t0 )
单 位 斜 变 信 号
x(t)
1
1
1
O
t
O
t0
t0 1
延 迟 斜 变 信 号
§单位阶跃信号
单位阶跃信号表达式为:
ì ï 1, u (t ) = í ï î 0,
t >0 t <0
在跳变点 t = 0 处,函数值未定义 单位斜变信号与单位阶跃信号互为积分和微分的关系。即
信号的分类和典型信号

目 录第l章 信号与系统基本概念 (1)1.1 引论 (1)1.2 信号的分类和典型信号 (4)l.3 信号的运算 (16)1.4 信号的分解 (23)1.5 系统模型及其分类 (26)1.6 线性时不变系统分析方法概述 (32)习题 (33)第2章 连续时间系统的时域分析 (37)2.1 系统响应的经典求解 (37)2.2 零输入响应与零状态响应 (46)2.3 冲激响应与阶跃响应 (49)2.4 系统的卷积积分分析 (51)2.5 卷积积分的性质 (57)习题 (61)第3章 傅里叶变换分析 (66)3.1 周期信号的频谱分析——傅里叶级数 (66)3.2 典型周期信号的频谱 (76)3.3 非周期信号的频谱分析———傅里叶变换 (83)3.4 典型非周期信号的频谱 (86)3.5 傅里叶变换的基本性质 (93)3.6 周期信号的傅里叶变换 (114)3.7 取样信号的傅里叶变换 (119)3.8 调制信号的傅里叶变换 (129)3.9 系统的频域分析 (137)3.10 信号的传输与滤波 (141)习题 (148)第4章 拉普拉斯变换分析 (161)4.1 拉普拉斯变换的定义 (161)4.2 常用信号的拉普拉斯变换 (166)4.3 拉普拉斯变换的基本件质 (168)4.4. 拉普拉斯逆变换 (181)4.5 微分方程的s域求解 (188)4.6 s域的元件模型 (194)习题 (199)第5章 连续时间系统的s域分析 (204)5.1 系统函数与冲激响应 (204)5.2 零、极点分布与时域响应特性 (208)5.3 零、极点分布与系统频率响应特性的关系 (218)5.4 典型系统的频响特性 (221)5.5 全通系统和最小相位系统 (228)5.6 模拟滤波器的基本概念与设计方法 (231)5.7 系统模拟及信号流图 (240)5.8 系统的稳定性 (249)习题 (252)第6章 离散时间系统的时域分析 (263)6.l 离散信号基础 (263)6.2 离散时间系统与差分方程 (269)6.3 常系数线性差分方程的时域经典法求解 (275)6.4 零输入响应与零状态响应 (281)6.5 离散线性卷积 (287)习题 (291)第7章 离散时间系统的z域分析 (295)7.1 离散信号的z变换 (295)7.2 z逆变换 (306)7.3 z变换的基本性质 (316)7.4 差分方程的z变换求解 (326)7.5 离散时间系统的系统函数 (330)7.6 序列的傅里叶变换 (336)7.7 离散系统的频率响应 (340)7.8 数字滤波器的一般概念 (346)习题 (352)第8章 系统的状态变量分析 (359)8.1 系统的状态变量和状态方程 (359)8.2 连续时间系统状态方程的建立 (362)8.3 离散时间系统状态方程的建立 (368)8.4 连续时间系统状态方程的求解 (370)8.5 离散时间系统状态方程的求解 (374)8.6 由状态方程判断系统的稳定性 (378)习题 (279)附录A 卷积表 (384)附录B 常用周期信号的傅里叶级数表 (385)附录C 常用信号的傅里叶变换表 (387)附录D 几何级数的求值公式表 (392)附录E 代数方程根的分布判别法 (393)E1 劳斯准则 (393)E2 朱里准则 (395)附录F 专业术语中英文对照表 (397)习题答案 (406)参考文献 (432)。
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2π
振幅: 振幅:K
T
ω
周期: 周期:T = 2π = 1
ω
f
频率: 频率:f
2π
O
θ ω
衰减正弦信号: 衰减正弦信号: 正弦信号
ω
t
ω 角频率: = 2 π 角频率:
初相: 初相:
f
θ
K e−αt sin(ωt) f (t) = 0
t ≥0 α >0 t <0
信号与系统
sinc(t) = sin ( πt ) ( πt )
t →±∞
四.抽样信号(Sampling Signal) 抽样信号
1
Sa(t )
sint Sa(t ) = t
性质: 性质:
2π
−π O
t
π
3π
① ② ③ ④ ⑤ ⑥
Sa(−t) = Sa(t)
偶函数
t = 0, t) =1 即lim t) =1 Sa( Sa( , t →0 Sa(t) = 0, t = ±nπ ,n =1,2,3⋯ ∞ sin t ∞ sin t π ∫0 t dt = 2 , ∫−∞ t dt = π limSa(t) = 0
σ = 0, ω ≠ 0 σ > 0, ω ≠ 0 σ < 0, ω ≠ 0
等幅振荡 增幅振荡 衰减振荡
信号与系统
三.复指数信号
Keσ t cos(ωt )
Keσ t cos(ωt )
K
σ >0
K
σ <0
0
−K
t
0
−K
(b) 幅度衰减的正弦信号
t
(a) 幅度增长的正弦信号
信号与系统
f (t) = Kest = Ke(σ + jω)t
= Keσ t cos(ω t) + jKeσt sin(ω t)
s = σ + jω
为复数, 为复数,称为复频率
σ ,ω
分析: 分析:
均为实常数
σ 的量纲为 1/s , ω 量纲为 rad/s
σ = 0, ω = 0 直流 σ > 0, ω = 0 升指数信号 σ < 0, ω = 0 衰减指数信号
称为指数信号的时间常数, 代表信号衰减速度, 通常把 α 称为指数信号的时间常数,记作 τ ,代表信号衰减速度, 代表信号衰减速度 具有时间的量纲。 具有时间的量纲。 重要特性:其对时间的微分和积分仍然是指数形式。 重要特性:其对时间的微分和积分仍然是指数形式。
信号与系统
二.正弦信号
f (t) = K sin(ωt +θ )
信号与系统
一.实指数信号
αt
f (t) = K e
α =0 α <0 α >0
α <0
直流(常数 直流 常数) 常数 指数衰减, 指数衰减 指数增长 K
f (t)
α >0 α =0
t
单边指数信号 单边指数信号
O
f (t )
1
0 f (t) = − t e τ
1
t <0 t ≥0
O
t
信号与系统
§1.3 典型信号
信号与系统
典型信号
典型的连续时间信号,将要介绍实指数信号、复指数信号、 典型的连续时间信号,将要介绍实指数信号、复指数信号、正弦 实指数信号 信号与抽样信号等。 信号与抽样信号等 这些信号都非常简单,属于基本信号。 这些信号都非常简单,属于基本信号。 复杂信号可以分解为这些基本信号的加权和或积分的形式。 复杂信号可以分解为这些基本信号的加权和或积分的形式。 加权和 的形式 对这些典型的基本信号的研究对工程实际或是理论分析都具有重 要的指导意义。 要的指导拉(Euler)公式 (Euler)
1 jωt − jωt sin(ωt) = (e − e ) 2j 1 jωt − jωt cos(ωt) = (e + e ) 2
ejω t = cos(ωt) + jsin(ωt)
信号与系统
三.复指数信号
(−∞< t < ∞)