信号系统设计_复习知识总结

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重难点1.信号的概念与分类 按所具有的时间特性划分:

确定信号和随机信号; 连续信号和离散信号; 周期信号和非周期信号; 能量信号与功率信号; 因果信号与反因果信号;

正弦信号是最常用的周期信号,正弦信号组合后在任一对频率(或周期)的比值是有理分数时才是周期的。其周期为各个周期的最小公倍数。

① 连续正弦信号一定是周期信号。 ② 两连续周期信号之和不一定是周期信号。

周期信号是功率信号。除了具有无限能量及无限功率的信号外,时限的或,∞→t 0)(=t f 的非周期信号就是能量信号,当∞→t ,0)(≠t f 的非周期信号是功率信号。

1. 典型信号

① 指数信号: ()at

f t Ke =,a ∈R ② 正弦信号: ()sin()f t K t ωθ=+ ③ 复指数信号: ()st f t Ke =,s j σω=+ ④ 抽样信号: sin ()t

Sa t t

= 奇异信号

(1) 单位阶跃信号

1()u t ={ 0t =是()u t 的跳变点。

(2) 单位冲激信号

单位冲激信号的性质:

(1)取样性

11()()(0)

()()()f t t dt f t t f t dt f t δδ∞

-∞

-∞

=-=⎰

相乘性质:()()(0)()f t t f t δδ=

000()()()()f t t t f t t t δδ-=- (2)是偶函数 ()()t t δδ=- (3)比例性 ()1

()at t a

δδ=

(4)微积分性质 d ()

()d u t t t

δ= ; ()d ()t u t δττ-∞=⎰

(5)冲激偶 ()()(0)()(0)()f t t f t f t δδδ'''=- ;

(0)

t <(0)t >

()1t dt δ∞

-∞

=⎰

()0t δ=(当0t ≠时)

()()d (0)f t t t f δ∞

-∞

''=-⎰

()d ()t

t t t δδ-∞

'=⎰ ;

()()t t δδ''-=-

()d 0t t δ∞

-∞

'=⎰

带跳变点的分段信号的导数,必含有冲激函数,其跳变幅度就是冲激函数的强度。正跳变对应着正冲激;负跳变对应着负冲激。

重难点2.信号的时域运算

① 移位: 0()f t t +, 0t 为常数

当0t >0时,0()f t t +相当于()f t 波形在t 轴上左移0t ;当0t <0时, 0()f t t +相当于()f t 波形在t 轴上右移0t 。

② 反褶: ()f t - ()f t -的波形相当于将()f t 以t =0为轴反褶。 ③ 尺度变换: ()f at ,a 为常数

当a >1时,()f at 的波形时将()f t 的波形在时间轴上压缩为原来的1a

; 当0

。 ④ 微分运算:

()d

f t dt

信号经微分运算后会突出其变化部分。 2. 系统的分类

根据其数学模型的差异,可将系统划分为不同的类型:连续时间系统与离散时间系统;线性系统与非线性系统;时变系统与时不变系统; 重难点3.系统的特性

(1) 线性性

若同时满足叠加性与均匀性,则称满足线性性。

当激励为1122()()C f t C f t +(1C 、2C 分别为常数时),系统的响应为1122()()C y t C y t +。 线性系统具有分解特性:

)()()(t y t y t y zs zi +=

零输入响应是初始值的线性函数,零状态响应是输入信号的线性函数,但全响应既不是输入信号也不是初始值的线性函数。

(2) 时不变性 :对于时不变系统,当激励为0()f t t -时,响应为0()f t t -。

(3) 因果性

线性非时变系统具有微分特性、积分特性。

重难点4.系统的全响应可按三种方式分解:

;零状态响应零输入响应全响应)()()(t y t y t y zs zi +=

强迫响应自由响应全响应)()()(t y t y t y p h +=

各响应分量的关系:

1

1

1

()()()k k k n

n

n

a t

a t

a t k zik zsk k k k y t A e

B t A e

A e

B t ====+=++∑∑∑强迫响应

自由响应零输入响应

零状态响应

重难点5.系统的零输入响应就是解齐次方程,形式由特征根确定,待定系数由-0初始状态确定。

零输入响应必然是自由响应的一部分。

重难点6.任意信号可分解为无穷多个冲激函数的连续和:

∞∞

--=τ

τδτd t f t f )()()(

那么系统的的零状态响应为激励信号与单位冲激响应的卷积积分,即)()()(t h t f t y zs *=。零状态

响应可分解为自由响应和强迫响应两部分。

重难点7.单位冲激响应的求解。冲激响应)(t h 是冲激信号作用系统的零状态响应。 重难点8.卷积积分

(1) 定义 ττττττd f t f d t f f t f t f )()()()()(*)(2121

21-=-=⎰⎰

∞∞-∞

∞-

(2) 卷积代数

① 交换律 )(*)()(*)((1221t f t f t f t f =

② 分配率 )(*)()(*)()]()([*)(3121321t f t f t f t f t f t f t f +=+ ③ 结合律 )](*)([*)()(*)](*)([321321t f t f t f t f t f t f = 重难点9.卷积的图解法 ( 求某一时刻卷积值)

1212()*()()()f t f t f f t d τττ∞

-∞

=-⎰

卷积过程可分解为四步:

(1)换元: t 换为τ→得 f 1(τ), f 2(τ)

(2)反转平移:由f 2(τ)反转→ f 2(–τ) 右移t → f 2(t-τ) (3)乘积: f 1(τ) f 2(t-τ)

(4)积分: τ从 –∞到∞对乘积项积分。 (3)性质

1)f (t )*δ(t)=δ(t )*f (t ) = f (t ) )()(*)(00t t f t t t f -=-δ

)()(*)(2121t t t f t t t t f --=--δ (210,,t t t 为常数)

2)f (t )*δ’(t ) = f ’(t ) 3)f (t )*u (t ) ()()d ()d t

f u t f τττττ∞

-∞

-∞

=

-=⎰

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