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1、單擊此處編輯母版標題樣式,,單擊此處編輯母版文本樣式,,第二級,,第三級,,第四級,,第五級,,,*,信號與系統,,Signals and Systems,使用教材：,《,信號與線性系統,》,，,管致中，高教出版社（四）,參考教材：,《,信號與系統,》,，,鄭君里，高教出版社,,,《,信號與系統,》,，,[,美,],奧本海姆著，西安交大出版社,,,人們在互相傳告某種事件時，是在互相傳遞著相應的,信息,(information,),(,信息具有客觀性，它存在于一切事物之中，事物的一切變化和運動都伴隨著信息的交換和傳送。同時，信息具有抽象性，只有通過一定的形式才能把它表現出來。,,),。,,信息的
2、物理表達方式,:,語言、文字、圖片及雙方約定的編碼等,,,稱為,消息,(message),,，信息是消息的內容。,,信號,是隨時間變化的某種物理量，是消息的載體。,第一章 緒 論,,§,1.1,信號傳輸系統,,?,通信系統主要包括消息到信號的轉換、信號的處理和信號的傳輸。,發射機,信道,接收機,輸入信號,輸出信號,接收消息,轉換器,轉換器,待發消息,通信系統的組成,,1.,保證通過信道傳輸后的輸出信號能夠盡量保持輸入信號的原來樣子；,,2.,達到某種需要的變換。,信號和系統的基本特性是必須具備的知識， 本課程就是為研究信號和系統這方面的基本理論而設置的。,?,任務：,,,信號：,
3、隨著時間變化的某種物理量。,,,電信號：,隨著時間變化的電壓或電流，在某些情況下，也可以是電荷或磁通。,,,信號表示為一個時間的函數,，所以在信號分析中，,信號,和,函數,二詞常通用。,§,1.2,信號的概念,,一、信號,(Signals),的定義,,確定性信號,———,,determinate,,signals,,,隨機信號,———,,random,,signals,確定信號不含有信息，隨機信號含有信息,。,,二、信號的分類,,1.,從,函數形式上,劃分,是一確定的時間函數，給定一時間值，有一確定函數值與之對應。,,,不是一個確定的時間函數，當給定某一時間值時，其函數值并不確定，而只知道此信
4、號取某一數值的概率。,,,依一定時間間隔周而復始且,,無始無終的信號。,,,,確定信號,,在時間上不具備周而復始,,特性的信號。,,周期信號,———,,periodic,,signals,,非周期信號,———,,Nonperiodic,,signals,（非周期信號＝,T→∞,時的周期信號）,,只含有一個頻率分量的周期信號。,周期信號,,含有多個頻率分量的周期信號。,,,,簡諧周期信號,———,,,,非簡諧周期信號,———,如：,,實際中不存在無始無終的理想周期信號，只要在相當長的時間內符合周期變化規律，就認為是周期信號。,,,在某一時間間隔內，對于一切時間值，除了若干不連續點外，函數都能給出
5、確定的函數值。,,2.,從,時間取值的連續性,劃分,只在某些不連續的規定瞬時給出函數值，其它時間沒有定義的信號。,連續時間信號,———,,(continuous-time signals),,,離散時間信號,———,,(discrete-time signals),,所謂連續信號是指它的,時間變量 是連續的,。因此，常把這種信號稱做,連續時間信號,。,,離散信號可以看作是,時間上取值是離散的,，離散取值的間隔可以是均勻的或非均勻的。,時，信號或函數值為零，則,這種信號稱為,有始信號,。,?,,能量有限，平均功率為,0,。,信號能量,:,信號在全部時間內消耗于,1,歐姆電 阻上的
6、總能量。,信號功率,:,信號在單位時間內消耗于,1,歐姆電 阻上的總能量。,3,．,從,能量,上劃分,(,energy,power,),能量信號,———,,功率信號,———,能量無限，平均功率有限。,,1,．,時間特性,:,三、信號的特性,2,．,頻率特性,:,主要表現為信號隨時間變化快慢的特性。,如周期大小、幅度高低、上升下降沿的快慢，脈沖持續時間長短等。,,主要表現為信號包含有那些頻率分量，各頻率分量幅度大小、相位多少、信號占有的頻帶寬度等。,,,四、幾種典型信號的表達式和波形,,,1,．,指數函數,(exponential),單邊指數信號,,2.,正弦信號,(si
7、nusoidal),或,衰減正弦信號,(decaying),正弦信號的周期 與角頻率,、,頻率 的關系為：,,3,．,復指數信號,(complex exponential),,,這樣,其中， 為一復數，,,4,．,抽樣函數,(sampling),,,另一種類似的表示形式為,是偶函數， 時，函數值為,0,。,,具有以下性質：,,,五、自變量的變換（,1.2,節）,,,1.,時移,(time shift),,delayed, advanced,2.,時間反轉,(time reversal),,3.,尺度變換,(time scaling),,4.,偶信號,(even),與奇信號,
8、(odd),,,任何一個信號均可以分解成一個偶信號和一個奇信號和的形式。,,,一般而言，,系統,是一個由若干相互關聯的事物構成的，用以達到某些特定目的的有機整體。,,,本課主要討論電路系統。,,,電路系統,,————,,處理信號的電路之組合。,§,1.3,系統的概念,,一、系統,(Systems),的定義,,,,系統,———,,,,?,系統與網絡、電路的區別：主要在于分析,問題的著眼點,，而不在于組成的復雜程度。,著重在輸入輸出間的關系，或者運算功能上。,,電路,———,,著重在電路中各支路或回路的電流及各節點的電壓上。,,,系統的功能，可以用下面的方框圖來表示,,,表示激勵信號與響應信號之間
9、關系的方法為：,是輸入信號，稱為,激勵,;,是輸出信號，稱為,響應,。,或,,二、系統的分類,,1,．,從,系統特性,上劃分,(,linear,nonlinear,),系統參數不隨時間變化的系統。,,,,線性系統,———,,非線性系統,———,同時滿足齊次性和疊加性的系統。,不同時滿足齊次性和疊加性的系統。,2,．,從,系統參數,上劃分,time-varying,time-invariant,,時變系統,,———,,非,時變系統,,———,系統參數隨時間變化的系統。,,系統還可劃分為,集總參數系統和分布參數系統,等。,3,．,從,信號特性,上劃分,,,(continuous-time,disc
10、rete-time),,連續時間系統,,———,,,離散時間系統,,———,激勵信號與響應信號都是連續時間信號。,激勵信號與響應信號都是離散時間信號。,,,4.,穩定系統與不穩定系統,,,(stable and unstable systems),,5.,因果系統與非因果系統,,,(causal and,noncausal,systems),,6.,記憶系統與無記憶系統,,,(systems with and without memory),,7.,可逆性與可逆系統,,,(,invertibility,and inverse systems),,,三、系統的數學模型,(,方程：,equati
11、on),線性系統,————,,線性方程,,非線性系統,————,,非線性方程,,,時變系統,,————,,變參數方程,,非,時變系統,————,,常,參數方程,,Variable－coefficient,,Constant－ coefficient,,,連續時間系統,————,,微分方程,(differential),,離散時間系統,————,,差分方程,(difference),,五、線性非時變（時不變）系統的性質,,,(Linear time-invariant systems-LTI),1.,齊次性（,homogeneity,，,均勻性、比例性,scaling,）,若,則,2,．,疊加性
12、（可加性,additivity,）,若,則,3,．,時不變性（非時變性）,若,則,,綜合,1,、,2,、,3,性質有,:,,若,則,,由線性時不變系統的性質還可以引出如下性質,,4,．,微分與積分性,(integral),若,，則,,對線性時不變系統，當系統既具有一定的初始條件（或初始儲能）又有外加激勵信號的作用時，系統的響應信號利用疊加性，也應由兩部分構成：,一是外加激勵信號為,0,，僅僅由初始條件所產生的響應，叫,零輸入響應,，記為 ；,另一部分是初始條件為,0,，僅僅由外加激勵信號所產生的響應，叫,零狀態響應,，記為 ；,?,全響應 為 。,,,1,．,把系統的工作表達為數學形式，即所謂建立系統的數學模型。,,,2,．,運用數學方法處理，即求解方程。,,,3,．,對所求得的數學解給以物理解釋，賦予物理意義。,§,1.4,線性非時變系統的分析,,在進行系統分析時，需要進行以下幾個步驟：,,
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