信号与系统-绪论PPT幻灯片
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信号与系统ppt课件
02
时不变：系统的特性不随时间变 化。
系统的数学模型为非线性微分方 程或差分方程。
03
频域分析方法不适用，需采用其 他方法如几何法、状态空间法等
。
04
时变系统
系统的特性随时间变 化，即系统在不同时 刻的响应具有不同的 特性。
时域分析方法：积分 方程、微分方程等。
系统的数学模型为时 变微分方程或差分方 程。
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目录
CONTENTS
• 信号与系统概述 • 信号的基本特性 • 系统分析方法 • 系统分类与特性 • 系统应用实例
01
CHAPTER
信号与系统概述
信号的定义与分类
总结词
信号是传输信息的一种媒介，具有时间和幅度的变化特性。
详细描述
信号是表示数据、文字、图像、声音等的电脉冲或电磁波，它可以被传输、处理和记录。根据不同的特性，信号 可以分为模拟信号和数字信号。模拟信号是连续变化的物理量，如声音、光线等；数字信号则是离散的二进制数 据，如计算机中的数据传输。
04
CHAPTER
系统分类与特性
线性时不变系统
线性
系统的响应与输入信号的 线性组合成正比，即输出 =K*输入+常数。
时不变
系统的特性不随时间变化 ，即系统在不同时刻的响 应具有相同的特性。
频域分析方法
傅里叶变换、拉普拉斯变 换等。
非线性时不变系统
01
系统的响应与输入信号的非线性 关系，即输出不等于K*输入+常 数。
系统的定义与分类
总结词
系统是由相互关联的元素组成的整体，具有输入、输出和转 换功能。
详细描述
系统可以是一个物理装置、生物体、组织或抽象的概念，它 能够接收输入、进行转换并产生输出。根据不同的分类标准 ，系统可以分为线性系统和非线性系统、时不变系统和时变 系统等频域分析方法将信号和系统从时间域转换到频率域，通过分析系统的频率响应 来了解系统的性能，如系统的幅频特性和相频特性，这种方法特别适用于分析 周期信号和非周期信号。
信号与系统ppt课件
结果解释
对实验结果进行解释，说明实验结果所反映 出的系统特性。
总结归纳
对实验过程和结果进行总结归纳，概括出实 验的重点内容和结论。
06
总结与展望
信号与系统的总结
信号与系统是通信、电子、生物医学工程等领域的重 要基础课程，其理论和方法在信号处理、图像处理、
数据压缩等领域有着广泛的应用。
信号与系统的主要内容包括信号的时域和频域表示、 线性时不变系统、调制与解调、滤波器设计等。
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目录
• 信号与系统概述 • 信号的基本特性 • 系统的基本特性 • 信号与系统的应用 • 信号与系统的实验与实践 • 总结与展望
01
信号与系统概述
信号的定义与分类
信号的定义
信号是传递信息的一种方式，可以表示声音、图像、文字等。在通信系统中， 信号是传递信息的载体。
信号的分类
系统的分类
根据系统的复杂程度，可以分为线性系统和非线性系统；根据系统的稳定性，可以分为稳定系统和不稳定系统； 根据系统的时域特性，可以分为时域系统和频域系统。
信号与系统的重要性
01
信号是信息传递的载体，系统 是实现特定功能的整体，因此 信号与系统在信息处理中具有 非常重要的地位。
02
在通信系统中，信号的传输和 处理是实现信息传递的关键环 节，而系统的设计和优化直接 影响到通信系统的性能和可靠 性。
03
信号可以用数学函数来表示，其中离散信号常用序列
表示，连续信号常用函数表示。
信号的时域特性
01
02
03
信号的幅度
信号的幅度是表示信号强 弱的量，通常用振幅来表 示。
信号的相位
信号的相位是表示信号时 间先后顺序的量，通常用 角度来表示。
信号与系统(郑君里)ppt
t
f(t)
t/2
f(t/2)
0
1
0
1
T
2
T
2
时间尺度压缩：t t 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
•三个波形相似，都是t 的一次 函数。 •但由于自变量t 的系数不同， 则达到同样函数值2的时间不同。 •时间变量乘以一个系数等于改 变观察时间的标度。
a 1 压缩,保持信号的时间缩短 f (t) f (at)0 a 1 扩展,保持信号的时间增长
4．一般情况
f t f at b f at b a 设a 0
f (t) K sin(t )
f
t
T
K
2π
O
2π
衰减正弦信号：
K et sint
f (t) 0
振幅：K 周期：T
2π
1
f
频率：f
角频率： 2 π f t 初相：
t0 0
t0
欧拉(Euler)公式
sin t 1 ejt ejt 2j
cos t 1 ejt ejt 2
t
间为，t0时函数有断点，跳变点
宗量>0 函数值为1 宗量<0 函数值为0
绪论阶跃信号冲激信号-PPT
0
t
信号与系统 第一章 绪论
延时得单位阶跃信号
0
u(t t0 ) 1
1 2
u(t-t0) 1
t t0 t t0
t t0
0
t0
t
信号与系统 第一章 绪论
(2)矩形脉冲信号
u(t) 1 1 0u(t-t0)
0
t0
1
0
t0
G(t) u(t) u(t t0 )
G (t ) t
1
t
0
2
2
t
G
(t
)
u
(t
2
)
u
(t
2
)
t
信号与系统 第一章 绪论
物理背景
1V
e(t)
负载
t＝0时开关闭合 e(t)=u(t)
t=t0时开关闭合e(t)=u(t-t0) t=0时闭合,作用一段时间后在t=t0时打开
e(t)=u(t)－u(t-t0) 三种情况表示实际中得理想化模型
信号与系统 第一章 绪论
(t)
lim 0
1
2
t
e
f (t) 1 2
(t
)
lim0 1
e
(t
)2
f (t) 1
0
t
0
t
信号与系统 第一章 绪论
Sa(t)信号(抽样信号)演变为冲激函数
(t)
lim
k
k
Sa(kt)
f (t) k
k
k
0
t
K越大,函数得振幅越大,且离开原点时函数振荡越快,衰
减越迅速。曲线下得净面积保持１。当k时,得到冲
dt
A、冲激函数使得不连续点处得导数存在,冲激强调 大小等于跳变量,冲激点在跳变点处
郑君里信号与系统课件
2 an T1
T1 2 T 1 2
f ( t )dt
余弦分量 系数 正弦分量 系数
T1 2 T 1 2
f ( t ) cos(n1t )dt
2 bn T1
T1 2 T 1 2
f ( t ) sin( n1t )dt
注意！
傅立叶级数与傅立叶系数的联系与区别
指数形式傅立叶级数的傅里叶系数
尺度变换、初值、终值
卷积特性 拉氏逆变换
部分分式展开法（求系数）
系统函数H(s)
定义（两种定义方式）
求解（依据两种定义方式）
第四章 拉普拉斯变换、 连续时间系统的s域分析
收敛域：实际上就是拉氏变换存在的条件；
σ t
lim f (t ) e
t
0
σ σ0
三．一些常用函数的拉氏变换
t n st n n1 st e t e dt s 0 s 0
n n1 st t e dt s 0 n n 1 n 所以 L t L t s n1
Lt t e d t
st 0
1 1 st 1 e s2 s s 0 n2 2 2 1 2 2 L t Lt 2 3 s s s s n3 3 2 3 2 6 3 Lt Lt 3 4 s s s s
1 sin( t ) (e jt e jt ) 2j 1 cos(t ) (e jt e jt ) 2
推出 公式
第一章 绪论
关于冲激信号
(at )
1 (t ) a
尺度变换特性
(t ) f (t ) f (0) (t )
T1 2 T 1 2
f ( t )dt
余弦分量 系数 正弦分量 系数
T1 2 T 1 2
f ( t ) cos(n1t )dt
2 bn T1
T1 2 T 1 2
f ( t ) sin( n1t )dt
注意！
傅立叶级数与傅立叶系数的联系与区别
指数形式傅立叶级数的傅里叶系数
尺度变换、初值、终值
卷积特性 拉氏逆变换
部分分式展开法（求系数）
系统函数H(s)
定义（两种定义方式）
求解（依据两种定义方式）
第四章 拉普拉斯变换、 连续时间系统的s域分析
收敛域：实际上就是拉氏变换存在的条件；
σ t
lim f (t ) e
t
0
σ σ0
三．一些常用函数的拉氏变换
t n st n n1 st e t e dt s 0 s 0
n n1 st t e dt s 0 n n 1 n 所以 L t L t s n1
Lt t e d t
st 0
1 1 st 1 e s2 s s 0 n2 2 2 1 2 2 L t Lt 2 3 s s s s n3 3 2 3 2 6 3 Lt Lt 3 4 s s s s
1 sin( t ) (e jt e jt ) 2j 1 cos(t ) (e jt e jt ) 2
推出 公式
第一章 绪论
关于冲激信号
(at )
1 (t ) a
尺度变换特性
(t ) f (t ) f (0) (t )
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 。
-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 。
信号与系统 第一章精品PPT课件
[4] 郑君里，应启珩等. 信号与系统. 第2版. 高等教育出版社，2000.
主要参考书
[5] 吴湘淇等. 信号、系统与信号处理(上). 第2版. 电子工业出版社，2001
[6] 吴湘淇等. 信号、系统与信号处理——软硬件实现. 电子工业出版社，2002
[7] 陈后金等. 信号与系统. 清华大学出版社， 2003 [8] 陈后金等. 信号与系统学习指导与习题精解.
Examples: Biomedical Signal Processing (生物信号处理)
The traces shown in (a), (b), and (c) are three examples of EEG signals recorded from the hippocampus of a rat. Neurobiological studies suggest that the hippocampus plays a key role in certain aspects of learning and memory.
2. 作业： 书面作业（理论）+ MATLAB上机作业（实践）。
3. 期中和期末考试：闭卷形式。主要考察学生对本门课的基本 理论基本原理及重点内容的掌握程度。
4.课程成绩的组成： 由书面作业、MATLAB作业、期中考试和期末考试4部分组成。
主要参考书
[1] Simon H.,Barry V.V. Signals and Systems. John Wiley & Sons,Inc.1999
Contents
第一章 信号与系统简介 （Introduction）
介绍信号与系统的基本概念； 信号分类及基本信号；系统分类和特性。
主要参考书
[5] 吴湘淇等. 信号、系统与信号处理(上). 第2版. 电子工业出版社，2001
[6] 吴湘淇等. 信号、系统与信号处理——软硬件实现. 电子工业出版社，2002
[7] 陈后金等. 信号与系统. 清华大学出版社， 2003 [8] 陈后金等. 信号与系统学习指导与习题精解.
Examples: Biomedical Signal Processing (生物信号处理)
The traces shown in (a), (b), and (c) are three examples of EEG signals recorded from the hippocampus of a rat. Neurobiological studies suggest that the hippocampus plays a key role in certain aspects of learning and memory.
2. 作业： 书面作业（理论）+ MATLAB上机作业（实践）。
3. 期中和期末考试：闭卷形式。主要考察学生对本门课的基本 理论基本原理及重点内容的掌握程度。
4.课程成绩的组成： 由书面作业、MATLAB作业、期中考试和期末考试4部分组成。
主要参考书
[1] Simon H.,Barry V.V. Signals and Systems. John Wiley & Sons,Inc.1999
Contents
第一章 信号与系统简介 （Introduction）
介绍信号与系统的基本概念； 信号分类及基本信号；系统分类和特性。
信号与系统 课件 ppt
02
信号的基本性质
信号的时域特性
信号的幅度
描述信号在某一时刻的强度。
信号的频率
描述信号周期性变化的快慢程度。
信号的相位
描述信号在某一时刻相对于参考相位的偏移 。
信号的周期
描述信号重复变化的时间间隔。
信号的频域特性
01
02
03
幅度谱
描述信号在不同频率下的 幅度大小。
相位谱
描述信号在不同频率下的 相位偏移。
信号的叠加原理线性性质若两个信号来自足线性性质，则它们的和也是信号 。
独立性
两个信号之和的图形与它们各自的图形没有交点 。
叠加原理的应用
在电路中，多个信号源共同作用产生的电流可以 叠加。
信号的相加与相乘
信号相加
两个信号的图形在时间上对齐，求和后得到一个新的信号。
信号相乘
两个信号相乘得到一个新的信号，称为卷积。
感谢您的观看
THANKS
卷积的性质
两个信号相乘后，其卷积的图形与两个信号分别作图形变换后的 图形有类似形状。
信号的频谱合成与分解
频谱的概念
01
一个周期信号可以分解为多个不同频率的正弦波的和。
傅里叶级数
02
将周期信号分解为正弦波的级数，其中每个正弦波都有一个特
定的频率。
频谱分析
03
通过傅里叶变换将时域信号转换为频域信号，可以观察到信号
信号与系统 课件
目录
CONTENTS
• 信号与系统概述 • 信号的基本性质 • 系统的基本性质 • 信号与系统的基本分析方法 • 信号的合成与分解 • 系统的响应与稳定性分析
01
信号与系统概述
信号的定义与分类
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熔融炉等温线分布
f (t)
2
1 4
－4－3－2－10 1 2 3
t
－1
－2
(a)
f (t) 2 1 －4－3－2－10 1 2 3 4 t
(b)
图 确定信号与随机信号波形
由于信号幅度也有连续和离散之分，这样信号 在时间和幅度上共有4种组合形式
连续时间
离散时间
连 x(t) 续 函 数 值 离 散 x~(t) 函 数 值
模拟信号
x(nTs)
Analog Signal
抽样信号 Sampled Signal
t
量化信号 Quantized Signal
t TS
抽样(有限字长效应)
x(n)
数字信号
Digital Signal
t
n
3.t n , T n 0 , 1 , 2 ,
周期信号与非周期信号的关系
非周期信号 按一定时间间隔重复 周期信号
T
fk s in k m 2 s in k m N
信号处理应用举例（4）
一、 二、
信号的数学描述——表达式
yA co s(x0 .5 )
周期= 2
相位= 0.5 幅度= A
对阻尼振荡的数学描述
y(x)e3xsinx
一段鸟鸣的声音的时域波形
鸟鸣在不同频率时的幅度分布—频谱图
鸟鸣声的时—频谱阵图
图象携带信息特征——轮廓
波形的三维描述
本课的主要内容
• 第一章 绪论 • 第二章 连续时间系统的时域分析 • 第三章 傅里叶变换 • 第四章 拉氏变换（S域分析） • 第五章 傅里叶变换应用于通信系统-滤波、调制与
抽样 • 第六章 信号的矢量空间分析
课程位置
先修课 《高等数学》 《线性代数》 《复变函数》 《模拟电路》 《数字电路》
如生态系统、通信系统、控制系统、经济系统等。
电系统具有特殊的重要地位。 在电子技术领域中，通信系统,控制系统和计算机系统 是由各种电路组成的，因此电路、网络、系统三个术 语在一般情况下可以通用。但其侧重面不同。
电系统是指某电路实现的功能而言；电网络相对于 电路的拓扑；电路则侧重其内部的电压、电流。
一个通信系统
信号处理的应用已遍及许多科学技术领域。
系统理论
系统分析：给定系统，研究系统对于输入 激励所产生的输出响应。
系统综合：按照给定的需求设计（综合） 系统。
重点讨论信号的分析、系统的分析，分析是综合的基础。
信息科学已渗透到所有现代自 然科学和社会科学领域
• 通讯工程、工业监控、生产调度、质量分析、资源遥感、 地震预报、人工智能、高效农业、交通监控
号
GPS(Global Positioning System)；个人通信具
理
有美好的发展前景；光纤通信带来了更加宽广
论
的带宽；信号的传输离不开信号的交换。
信号处理：对信号进行某种加工或变换。
目的：消除信号中的多余内容；滤除混杂的
噪声和干扰；将信号变换成容易分析与识别的
形式，便于估计和选择它的特征参量。
信号：信号是消息的表现形式与传送载体， 消息是信 号的传送内容。
电信号：一般指随时间变化的电压与电流。
在工程技术中， 广泛采用电信号
•易于产生、传送、控制、测量、处理； •易于于其他信号转换； •电路理论较为成熟。
二、系统(System)
系统：由若干相互作用和相互依赖的事物组合而成的、 具有特定功能的整体。系统可分解为子系统。
• 右图是经过小波分析后得到的时间——频率 关系平面，得到明显可识别的特征
( n=1~128)
TEOAE (mPa)
0.2
0.1 5
0. 1 0.05
120 100
80
0
-0.05
-0. 1
-0.1 5
-0.2
0
5
1
1
20
0t (ms)
5
n
60
40
20
0
0
2
4
6
8
1 01 21 41 6
τ
(
m
s)
信号处理应用举例（3）
• 宇宙探测、军事侦察、武器技术、安全报警、指挥系统 • 经济预测、财务统计、市场信息 、股市分析 • 电子出版、新闻传媒、影视制作 • 远程教育、远程医疗、远程会议 • 虚拟仪器、虚拟手术
信号处理应用举例（1）
滤波以前干扰严重 滤波以后干扰去除
信号处理应用举例（2）
• 左图是一段听觉响应的时间信号，没有表现 出可以识别的特征
后续课程 《数字信号处理》 《通信原理》 《自动控制原理》 《微波技术》
……
本课程为电子、通信、自动化、生物医学工程等电 类专业学生重要的专业基础课。
§ 1.1 信号与系统
一、信号(Signal)
信息（ Information） ：一般指消息中赋予人们新的知识。 消息（Message） ：在通信系统中，一般将语言、文字、 图像或数据统称为消息。
本课的主要参考书
1、教材：信号与系统 郑君里 应启珩 杨为理 2、信号与系统 Signals & Systems
ALAN V.OPPENHEIM ALANS. WILLSKY （奥本海默）清华大学出版社（英文影印版） （中译本）刘树棠 西安交通大学出版社 3、信号与系统例题分析及习题
乐正友 杨为理 应启珩编 4、管致中 等，信号与线性系统，高教出版社
为传送消息而装设的全套技术设备（包括传输信道）
信息 源
发送 设备
发送端 消息 信号
信道 噪声源
接收 设备
受信 者
接收端 信号 消息
信号分析：研究信号的基本性能，如信号的
描述、性质等。
信号传输：通信的目的是为了实现消息的传输。
原始的光通信系统——古代利用烽火传送边疆
信
警报；声音信号的传输——击鼓鸣金；