信号与系统的分析方法有时域,变换域两种
第七章离散时间信号与系统的Z域分析总结
1 z X ( z) = 此时， = 1 − az −1 z − a
z > a 收敛域：
0
j Im[ z ]
a
*收敛域一定在模最大的极点 所在的圆外。
Re[ z ]
信号与系统
第7章 离散时间信号与系统的z域分析
13 /82
3.左边指数序列 x(n) = −b nu (−n − 1)
的形式 ，其中x2+Ax+B是实数范围内的不可约 多项式，而且k是正整数。这时称各分式为原 分式的“部分分式”。
信号与系统
第7章 离散时间信号与系统的z域分析
19 /82
M X ( z ) 通常， 可表成有理分式形式： b z −i ∑ i B( z ) = i =0N X ( z) = A( z ) 1 + ∑ ai z −i
z −n < ∞
n1 ≤ n ≤ n2 ;
信号与系统
第7章 离散时间信号与系统的z域分析
7 /82
因此，当时，只要，则 n= z − n 1/ z n , ≥0 同样，当时，只要，则 n <= 0 z z ,
n −n
z≠0 z≠∞ z
z −n < ∞
−n
<∞
所以收敛域至少包含，也就是除 0< z <∞ “有限平面” z= (0, ∞) z 。 ∞外的开域，即所谓
9 /82
(3)左边序列
x(n), n ≤ n2 x ( n) = n > n2 0,
X ( z)
n = −∞
= x ( n) z ∑ ∑ x ( n) z
−n n = −∞
n2
信号与系统 奥本海姆 第二版(刘树棠译)
参考学时分配 绪 论:1学时 学时 第六章: 学时 第六章:6学时 第七章: 学时 第七章:6学时 第八章: 学时 第八章:6学时 第九章: 学时 第九章:6学时 第十章: 学时 第十章:6学时
第一章: 学时 第一章:5学时 第二章: 学时 第二章:6学时 第三章: 学时 第三章:4学时 第四章: 学时 第四章:4学时 第五章: 学时 第五章:4学时
虽然在不同领域所表现出的信号与系统 的物理性质不同,但有两个基本点是共同的, 的物理性质不同,但有两个基本点是共同的, 即: 1. 信号总是作为一个或几个独立变量(自 信号总是作为一个或几个独立变量( 变量)的函数而出现, 变量)的函数而出现,并携带着某些物理 现象或物理性质的相关信息.
正弦波信号
作为该课程核心的基本概念和方法, 作为该课程核心的基本概念和方法,对所 有工程类专业都是很重要的.信号与系统分 有工程类专业都是很重要的. 析方法的应用范围一直在不断扩大. 析方法的应用范围一直在不断扩大. 信号与系统方面的课程不仅是工程教育中 一门最基本的课程, 一门最基本的课程,而且能够成为工程类学 最基本的课程 生在大学教育阶段所修课程中最有得益而又 生在大学教育阶段所修课程中最有得益而又 引人入胜和最有用处的一门课程. 引人入胜和最有用处的一门课程.
本课程将并行地讨论这两大类信号与系统 本课程将并行地讨论这两大类信号与系统 的分析. 的分析. 三.《信号与系统》课程的任务与地位 《信号与系统》 建立确知信号分析的理论与方法; 建立确知信号分析的理论与方法; 建立 建立LTI系统分析的理论与方法; 系统分析的理论与方法; 系统分析的理论与方法 系统设计; 系统设计; 信号与系统是电气信息类各专业的核心课程. 信号与系统是电气信息类各专业的核心课程. 是电气信息类各专业的核心课程
信号与系统自测题(3套)
信号与系统自测题（一）一、选择题1.积分⎰+--00)()2(dt t t δ等于（ ）A.)(2t δ-B.2-C. )2(-t εD. )2(2-t δ2．计算ε(3-t)ε(t)=（ ） A ．ε(t)- ε(t-3) B ．ε(t)C ．ε(t)- ε(3-t)D ．ε(3-t)3．已知f (t )，为求f (t 0-at )则下列运算正确的是（其中t 0，a 为正数）（ ）A ．f (-at )左移t 0B ．f (-at )右移a tC ．f (at )左移t 0D ．f (at )右移a t4．已知f (t )=δ′(t )，则其频谱F （j ω）=（ ）A ．ωj 1B ．)(1ωπδω+jC ．ωjD ．)(21ωπδω+j 5．信号f (t )的带宽为Δω，则信号f (2t -1)的带宽为（ ） A ．2Δω B ．Δω-1 C ．Δω/2D ．（Δω-1）/26．已知周期电流i (t )=1+t t 2cos 22cos 22+，则该电流信号的平均功率P 为 （ ） A ．17W B ．9W C ．4WD ．10W7．如题7图所示的信号，其单边拉普拉斯变换分别为F 1(s ), F 2(s ), F 3(s ),则（ ）A ．F 1(s )= F 2(s )≠F 3(s )B ．F 1(s )≠F 2(s )≠F 3(s )C ．F 1(s )≠F 2(s )= F 3(s )D ．F 1(s ) = F 2(s )= F 3(s )8．某系统的系统函数为H （s ），若同时存在频响函数H （j ω），则该系统必须满足条件（ ）A ．时不变系统B ．因果系统C ．稳定系统D ．线性系统 9．已知f (t )的拉普拉斯变换为F （s ），则dt t df )(的拉普拉斯变换为（ ）A ．sF (s )B ．sF (s )-f (0-)C ．sF (s )+f (0-)D ．⎰-∞-+0)(1)(ττd f s s sF10．已知某离散序列，其它 ⎩⎨⎧=≤=n N n n f ,0||,1)(该序列还可以表述为（ ）A ．)()()(N n N n n f --+=εεB ．)()()(N n N n n f ---+-=εεC ．)1()()(---+=N n N n n f εεD ．)1()()(----+-=N n N n n f εε11．已知某离散系统的系统模拟框图如题11图所示，则该系统的差分方程为（ ）A ．)()1(31)(n f n y n y =-+B ．)()1(31)(n f n y n y =--C ．)()(31)1(n f n y n y =-+ D ．)()(31)1(n f n y n y =++ 12．若f (n )的z 变换为F (z )，则)(n f a n 的z 变换为（ ） A ．)(az F B ．)(z aF C ．)(1z F aD ．⎪⎭⎫ ⎝⎛a z F二、填空题13．矩形脉冲信号ε(t)-ε(t-1)经过一线性时不变系统的零状态响应为g(t)-g(t-1)，则该系统的单位冲激响应h(t)为________。
信号与系统的分析方法有时域,变换域两种
§2-3 Z反变换
一.定义：
已知X(z)及其收敛域,反过来求序列x(n) 的变换称作Z反变换。
记作：x(n) Z [ X ( z )]
1
z变换公式：
正：X ( z )
n
x ( n) z n ,
R x z Rx
1 反：x(n) X ( z ) z n 1dz, c ( Rx , Rx ) 2j c
j Im[ z ]
z 收敛域： a
0
a
z
Re[ z ]
*收敛域一定在模最大的极点所在的圆外。
[例2-3]求序列 x(n) b u(n 1) 变换及收敛域。
n
x ( n)
n
b nu (n 1) z n
b 1 z (b 1 z ) 2 (b 1 z ) n
§2-1 引言
信号与系统的分析方法有时域、变换域两种。 一.时域分析法 1.连续时间信号与系统： 信号的时域运算，时域分解，经典时域 分析法，近代时域分析法，卷积积分。 2.离散时间信号与系统： 序列的变换与运算，卷积和，差分方程 的求解。
二.变换域分析法
1.连续时间信号与系统： 信号与系统的频域分析、复频域 分析。
2.离散时间信号与系统： Z变换，DFT(FFT)。 Z变换可将差分方程转化为代数方程。
§2-2 Z变换的定义及收敛域
一.Z变换定义： 序列的Z变换定义如下：
X ( z ) Z [ x(n)]
n
x ( n) z
n
*实际上，将x(n)展为z-1的幂级数。
ze ze
jT ST
[例2-5]利用部分分式法，求X ( z) 1 (1 2 z 1 ) (1 0.5z 1 ) , 的z反变换。 解：
数字信号处理知到章节答案智慧树2023年西安工程大学
数字信号处理知到章节测试答案智慧树2023年最新西安工程大学绪论单元测试1.请判断下面说法是否正确：为了有效地传播和利用信息，常常需要将信息转换成信号，因此信号是信息的载体，通过信号传递信息。
（）参考答案:对2.请判断下面说法是否正确：模拟信号预处理的主要作用是滤除输入模拟信号中的无用频率成分和噪声，避免采样后发生频谱混叠失真。
（）参考答案:对3.下列关于信号分类方式的选项正确的是（）。
参考答案:按信号幅度的统计特性分类;按信号的维数分类;按信号自变量与参量的连续性分类4.下列不属于数字信号处理软件处理方法特点的选项是（）。
参考答案:处理速度快5.下列关于数字系统处理精度描述正确的选项是（）。
参考答案:精度由系统字长与算法决定第一章测试1.请判断下面说法是否正确：时域离散信号通过量化编码转换为数字信号，是一种无损变换。
( )参考答案:错2.下列信号是周期信号的有（）。
参考答案:;;3.信号的最小周期是（）。
参考答案:24.请判断下面说法是否正确：线性时不变时域离散系统具有线性性质和时不变特性。
（）参考答案:对5.以下序列是系统的单位脉冲响应h(n)，则是稳定系统的有（）。
参考答案:;第二章测试1.请判断下面说法是否正确：时域离散信号和系统分析可以通过傅里叶变换和Z变换两种数学工具（）。
参考答案:对2.请判断下面说法是否正确：周期序列的傅里叶变换以为周期，而且一个周期内只有N个冲激函数表示的谱线（）。
参考答案:错3.实序列的傅里叶变换具有（）。
参考答案:共轭对称性质4.已知序列，其Z变换和收敛域为（）。
参考答案:;5.序列，其傅里叶变换为（）。
参考答案:第三章测试1.在变换区间0≤n≤N-1内，序列的N点DFT在k=0的值为（）。
参考答案:N2.在变换区间0≤n≤N-1内，序列的N点DFT的值为（）参考答案:13.已知，求=（）参考答案:1/N4.已知，求=（）参考答案:5.已知，求=（）参考答案:第四章测试1.请判断下面说法是否正确：模拟信号数字处理中，模拟信号与数字信号之间的相互转换中要求不能丢失有用信息（）。
《信号与系统》30道思考参考答案
13、试说明傅里叶变换、拉普拉斯变换和 Z 变换在信号分析中的作用、各自的 局限性及他们之间的联系。
答：傅里叶变换将系统的激励和响应关系从时域变换到频域来研究，从解微分方 程转化为解代数方程；拉普拉斯变换则将信号从时域变换到了复频域，同样也是 从解微分方程转化为解代数方程；z 变换是将时域离散时间序列变换成为 z 域的 连续函数，将离散问题转化成了连续问题。
对信号能够完成某种变换或运算功能的集合体称为系统。系统在哲学上有着 更为广泛的涵义：一般是指由若干相互作用和相互依赖的事物组合而成的具有某 种特定功能的整体。
系统分析与信号分析密不可分，对信号进行传输和加工处理，必须借助于系 统；离开了信号，系统将失去意义，分析系统就是分析某一个特定的信号，分析 信号与信号的相互作用，信号分析是系统分析的基础。所以信号与系统之间的关 系是相辅相成的，离开了信号谈论系统是毫无意义的，系统只能依靠信号的作用 才能显示出特性及用途，信号离开了系统，也就不能发挥其应有的作用。
方法是根据题意列出微分方程，然后求解微分方程。步骤是：（1）求解通解： 由方程左边部分得到的特征方程所得到的特征频率解得的系统的自然响应（或自 由响应）；（2）求特解：由激励得到系统的受迫响应；（3）代入初始条件，确定 通解和特解中的待定系数。
卷积法：将响应分成两个部分：（1）零输入响应：系统在没有输入激励的情
Step4：乘积，把变换后的两信号相乘； 例如： x(τ )h(t −τ )
Step5：积分，根据位移不同导致的信号乘积的不同结果，在非零区间进行积分
∫ 运算； 即 t2 x(τ )h(t −τ )dτ 。 t1
信号与系统分析方法
1主要内容信号分析与信号处理1系统分析与系统综合2两种系统描述方法3两类分析方法4信号与系统一.信号分析与信号处理信号分析是把信号分解成它的各个组成部分或成分的概念、理论和方法，例如，信号空间表示法或其各种线性组合表示法、信号谱分析、信号的时域分析和多尺度分析等。
信号处理：信号处理则指按某种需要或目的，对信号进行特定的加工、操作或修改。
信号与系统二.系统分析与系统综合系统分析就是在给定系统的情况下，研究系统对输入信号所产生的响应，并由此获得对系统功能和特性的认识。
一般来说，系统分析包括以下三个步骤：系统建模，求解系统，结果解释。
系统综合：系统综合又可叫做系统的设计或实现，它指在给定了系统功能或特性的情况下，或者已知系统在什么样的输入时有什么样的输出，设计并实现该系统 。
信号与系统三.两种系统描述方法•着眼于激励与响应的关系，而不考虑系统内部变量情况；•单输入/单输出系统；•列写一元 n 阶微分方程。
状态变量分析法：•不仅可以给出系统的响应，还可以描述内部变量，如电容电压或电感电流的变化情况；•研究多输入/多输出系统；•列写多个一阶微分方程。
信号与系统四. 两类分析方法1.时域分析2.变换域分析•傅里叶变换——FT• 拉普拉斯变换——LT• Z变换——ZT• 离散傅里叶变换——DFT卷积积分（或卷积和）法经典求解法：连续系统：微分方程离散系统：差分方程信号与系统教学重点教学难点两种系统描述方法输入 输出描述法状态变量分析法两类分析方法时域分析变换域分析小 结。
信号分析第六章第一节z变换及收敛域
X
15
4 斜变序列 x(k)k(k)
第
页
Z[k(k)]
kzk
z
k zk1
z [d (zk)]
k0
k0
k0 dz
z d[ d zk0
zk]z
z
z1
z (z1)2
k(k) z
(z 1)2
RO:C z1
kak1(k)
z (za)2
ROC: z a
X
第
16
页
k2(k) k2zk
z(z1)
离散系统的Z变换分析
连续系统的拉氏变换分析
X
4
第
第一节 Z 变 换
页
一.Z变换的提出—由拉氏变换引出
连续信号 等间隔采样 抽样信号
x s(t) x (t)T (t) x (t) (t k)T x (k)T ( t k)T
k 0
k 0
单边拉氏变换
X s (s)
0
x(kT) (t kT)est dt
★反因果序列的ROC为 z R的2 圆内区域；
即X(z) 最小的模值极点为半径的圆内区域 注意:收敛域是否包含z=0需判断. ★双边序列的因果和反因果序列的收敛域存在公共域,
ROC为R1 z R2圆环状,不存在公共区域z变换不存在.
★ ROC内不包含任何极点（以极点为边界）；
★有限长序列的ROC为整个 z 平面 0 z
k 0
x(kT) (t kT)est dt 0 k 0
x(kT)eskT 引入连续复变z 量 esT
k 0
取 T1 X S(s) x(k)Z kX (Z ) k 0
X
5
说明:
第 页
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1 az 1 (az 1 ) 2 (az 1 ) n
当
z a 时，这是无穷递缩等比级数。
1
a1 1 z q az , S 。 1 1 q 1 az za z a为极点，在圆 z a 外， X ( z )为解析函数，故收敛。
j Im[ z ]
Re[ z ]
z Rx
(6)双边序列
x
0
n
双边序列指n为任意值时,x(n)皆有值的序 列，即左边序列和右边序列之和。
X ( z)
n
x ( n) z x ( n) z
n n 0
n
n
x ( n) z
1
n
第一项为右边序列(因果)其收敛域为： z
X ( z ) z n 1dz Re s[ X ( z ) z n 1 ] z zm
m
z k 为c内的第k个极点， z m 为c外的第m个极点，
Res[ ]表示极点处的留数。
留数的求法：
1、当Zr为一阶极点时的留数：
Re s[ X ( z ) z n1 ]Z Z r [( z zr ) X ( z) z n1 ]z zr
z2
解:
X ( z) z
n 1
z n 1 1 (4 z )( z ) 4
1）当n≥-1时,z 不会构成极点，所以这时 C内只有一个一阶极点 z 1 因此 r 4 1 n 1 x(n) Re s[ z /( 4 z )( z )] 1 4 z 4
1 n 1 ( ) 4 1 4 n , n 1 1 15 4 4
X ( z ) x(n) z , 若 x(n) z
n n n1 n2 n
.
n1 0 n2
.
，n1 n n2 ;
考虑到x(n)是有界的，必有 z n ，n1 n n2 ;
因此，当n 0时， n 1 / z n , 只要z 0，则 z n z 同样，当n 0时， n z , 只要z ，则 z n z
2.离散时间信号与系统： Z变换，DFT(FFT)。 Z变换可将差分方程转化为代数方程。
§2-2 Z变换的定义及收敛域
一.Z变换定义： 序列的Z变换定义如下：
X ( z ) Z [ x(n)]
n
x ( n) z
n
*实际上，将x(n)展为z-1的幂级数。
ze ze
jT ST
i 1
bi z i
M
因此，X(z)可以展成以下部分分式形式
r Ak Ck n X ( z ) Bn z 1 1 zk z (1 zi z 1 ) k n 0 k 1 k 1 M N N r
其中，M≥N时，才存在Bn；Zk为X(z)的各单极点， Zi为X(z)的一个r阶极点。而系数Ak，Ck 分别为：
x ( n) z
n
n n1
x ( n) z x ( n) z
n 0
*第一项为有限长序列，第二项为z的负幂级数,
第一项为有限长序列,其收敛域为0<|z|<∞; 第二项为z的负幂次级数，由阿贝尔定理可知, 其收敛域为 Rx-<|z|≤∞; 两者都收敛的域亦为Rx-<|z|<∞; Rx-为最小收敛半径。
第二项为左边序列，其收敛域为： 当Rx-<Rx+时，其收敛域为
Rx
0 z Rx
Rx z Rx
j Im[ z ]
Re[ z ]
Rx Rx
[例2-1] 求序列 x(n) (n) 的Z变换及收敛域。
解：这相当
n1 n2 0 时的有限长序列，
Z [ (n)]
1 [例2-6] 试用长除法求 X ( z ) , z 4 1 4 (4 z )( z ) 4 的z反变换。
z
2
解:收敛域为环状，极点z=1/4对应因果序 列，极点z=4对应左边序列(双边序列) *双边序列可分解为因果序列和左边序列。 *应先展成部分分式再做除法。
n
(n)Z
n
Z 1
0
其收敛域应包括 z 0, z , 即 0 z , 充满整个Z平面。
[例2-2] 求序列 x(n) a u(n) 的Z变换及收敛域。
n
解： X ( z )
n
a n u (n) z n a n z n (az 1 ) n
a ax b 的和，使各分式具有 k或 ( x A) ( x 2 Ax B) k
的形式 ，其中x2+Ax+B是实数范围内的不可约 多项式，而且k是正整数。这时称各分式为原分 式的“部分分式”。
通常，X(z)可 X ( z ) B( z ) i 0 N A( z ) 表成有理分式形式： 1 ai z i
§2-3 Z反变换
一.定义：
已知X(z)及其收敛域,反过来求序列x(n) 的变换称作Z反变换。
记作：x(n) Z [ X ( z )]
1
z变换公式：
正：X ( z )
n
x ( n) z n ,
R x z Rx
1 反：x(n) X ( z ) z n 1dz, c ( Rx , Rx ) 2j c
0
nห้องสมุดไป่ตู้
0
n2 n
n
x ( n) z
n
n2
n
x ( n) z
x ( n) z
n 1
n2
n
第二项为有限长序列,其收敛域 0 z ; 第一项为z的正幂次级数，根据阿贝尔定理, 其收敛域为 0 z Rx ; R x 为最大收敛半径 .
故收敛域为0 z Rx
n
所以收敛域0 z 也就是除z 0, z 外的开域(0, 即所谓“有限z平面”。
j Im[ z ]
Re[ z ]
3. 右边序列
x(n) ... n1 0 1
n
x(n), n n1 x ( n) n n1 0,
..
1 n
n
X ( z)
n n1
X ( z) 4 A [( z 2) ]z 2 1 z 3 X ( z) 1 A2 [( z 0.5) ] z 0.5 z 3 4 z 1 z X ( z) 3 z2 3 z 0.5
又 z 2, 查p54表2.1得 4 n 1 n 2 (0.5) , n 0 x ( n) 3 3 0 ,n 0
n 1
1 n 15 4 , 因此x(n) 1 4n2 , 15
n 1 n 2
2.部分分式法
有理式：数字和字符经有限次加、减、乘、除运算 所得的式子。 有理分式：含字符的式子做分母的有理式，或两个多项 式的商。分子的次数低于分母时称为真分式。 部分分式：把x的一个实系数的真分式分解成几个分式
3.幂级数展开法(长除法)
因为 x(n) 的Z变换为Z-1 的幂级数，即
X ( z)
n
x ( n) z
n
x(2) z x(1) z
2
x(0) z 0 x(1) z 1 x(2) z 2
所以在给定的收敛域内，把X(z)展为幂级数，其系数 就是序列x(n)。 如收敛域为|z|>Rx+， x(n)为因果序列，则X(z)展 成Z的负幂级数。 若 收敛域|Z|<Rx-, x(n)必为左边序列，主要展成 Z的正幂级数。
[例2-5]利用部分分式法，求X ( z) 1 (1 2 z 1 ) (1 0.5z 1 ) , 的z反变换。 解：
2
z 2
1 z X ( z) 1 1 (1 2 z )(1 0.5 z ) ( z 2)( z 0.5) X ( z) z A1 A2 z ( z 2)( z 0.5) z 2 z 0.5
2、当Zr为l阶(多重)极点时的留数：
Re s[ X ( z ) z
l 1
n 1
] z zr
1 d l n 1 [( z z r ) X ( z ) z ] z zr l 1 (l 1)! dz
1 , z 4，求z反变换。 [例2-4] 已知 X ( z ) 1 4 (4 z )( z ) 4
A Re s[ X ( z ) ] z z zk k 1 d r k r x( z ) Ck r k [( z zi ) (r k )! dz z z z , k 1, 2r i
分别求出各部分分式的z反变换（可查 P54 表2-1），然后相加即得X(z)的z反变换。
n 1
2）当n≤-2时，X(z)zn-1中的zn+1构成n+1阶极点。 因此C内有极点：z=1/4(一阶), z=0为(n+1) 阶极点；而在C外仅有 z=4(一阶)这个极点:
1 x ( n) Re s[ z /( 4 z )( z )] z 4 4 1 ( 4) n 1 4 n 2 , n 2 1 15 4 4
C为环形解析域内环 绕原点的一条逆时 针闭合单围线.
0
j Im[ z ]
Rx
Re[ z ]
Rx
c
二.求Z反变换的方法
1.留数法
由留数定理可知：
1 2j 1 2j