5信号处理初步

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1、第五章信号处理初步信号处理初步信号处理目的：•分离信、噪，提高信噪比•从信号中提取有用的特征信号•修正测试系统的某些误差，如传感器的线性误差等信号处理方法：•模拟信号处理系统•数字信号处理系统第一节数字信号处理的基本步骤数字信号处理系统简图x(t)预处理A/D转换数字信号处理结果器或计显示x(t)预处理A/D转换算机•信号预处理：把信号变成适于数字处理的形式（幅值调理、滤波、隔离直流分量、解调等）•A/D转换：采样、量化为数字量。•数字信号处理器或计算机：信号分析与处理（数据截断、加窗、奇异点剔除、趋势分离、数字滤波、时域分析、频域分析等）。•结果显示：数据或图形显示、D/A、记录

2、、打印等。第二节信号数字化出现的问题信号的数字化过程包含一系列的步骤，每一个步骤都可以引起信号和其蕴含信息的失真。采样量化一、概述举例：x(t)原模拟信号及其幅频谱X(f)0t0f为了利用计算机来计算,必须使x(t)变换成有限长的离散时间序列。为此,对x(t)进行采样和截断。采样采样：x(t)周期脉冲序列s(t)（即comb（t，Ts））乘x(t)

3、x(f)

4、0t0fs(t)

5、S(f)

6、1/Ts0Tt-1/T01/Tfsss

7、X(f)*S(f)

8、周期函数x(t)s(t)0t-f0f/2ffTssss截断由于计算机只能计算有限长的离散时间序列，所以必须对采样后信号的时间序列截取有限长

9、的一段来计算。（把采样后信号乘上一个矩形窗函数，窗宽为T）时窗函数及其幅频谱w(t)

10、W(f)

11、0T0tf-1/T1/T有限长离散信号及其幅频谱x(t)s(t)w(t)

12、X(f)*S(f)*W(f)

13、0t-1/2T01/2TfTssNT/Ts频域采样计算机利用DFT将N点长的离散时间序列变换成N点的离散频谱序列，并输出来频域采样函数及其时域函数d(t)

14、D(f)

15、10t0-TTΔffDFT后的频谱及其时域函数f1/T[x(t)·s(t)·w(t)]*d(t)[X(f)*S(f)*W(f)]·D(f)0t01/TfTs二、时域采样、混叠和采样定理采样：连续时间信号离散化的过程。

16、x(t)x(t)采样0ttTs等距单位脉冲序列采样信号设：采样时间间隔为T，则x(t)经采样后，离散序列为x(n)sxn()xn(T)x(n/f)n0,1,2,,N1SSxn()Tx(t)StnTST——采样间隔；式S中N——序列长度，N=T/TSf——采样频率，f=1/TSSSx(t)x(t)采样0ttTs数据采样间隔的选择是个重要的问题T太小s量大设：采样时间间隔为T，则x(t)经采样后，离散序列为x(n)sxn()xn(T)x(n/f)n0,1,2,,N1SSxn()Tx(t)StnTST——采样间隔；式S中N——序列长度，N=T/TSf——采样频

17、率，f=1/TSSSA、B、C被x(t)误认为是一ATs条曲线T太大1Cs2混叠现象0t34B混叠如果Ts太大，即采样频率fs太低，那么移至各采样脉冲所在处的频谱X(f)就会有一部分相互交叠，使新合成的频谱与原频谱不一致，因而无法准确地恢复原时域信号（发生混叠后，频谱的部分幅值变化），这种现象称为混叠。

18、X(f)*S(f)

19、x(t)s(t)0t-f0f/2ffTssss不产生混叠的条件对非有限带宽的模拟信号，在采样之前先通过模条件一拟低通滤波器滤去高频成分，使其成为带限信号。（抗混叠滤波预处理）使采样频率大于带限信号的最高频率的2倍条件二（采样定理）1有限带宽信f2fsh号

20、X

21、(f)*S(f)

22、Ts-fh0fhfhffS三、量化和量化误差时域采样只是把连续信号的时间离散化了。而对于幅值如果用二进制数码组来表示，就是离散信号变成数字信号。这一过程称为量化。量化一般是由A/D转换器来实现的。量化离散信号数字二进制数码组的电压幅值信号量化是从一组有限个离散电平中取一个来近似代表采样点的信号的实际幅值电平。这些离散电平称为量化电平，每个量化电平对应一个二进制数码。量化模拟输入电压范围VFSV（1）确定量化间隔：1LSBn1分割数2例：如有一模拟信号，幅值范围为0-1V，要转化为4位二进制代码，则其量化间隔为1LSB=1/8V。得到8个量化电平分别为0V、1

23、/8V…7/8V。（2）将连续的模拟电压近似成分散的量化电平Vo/V•方式一：只舍不入量化方式（舍尾取整）17/86/8•方式二：四舍五入量化方式5/8（舍入量化方式）4/83/82/81/80t量化误差uVi/经量化后的信号幅值均为量化间隔115/167/8的整数倍，每个量化电平对应一个二进13/166/8制数码。若采样点的电平落在两相邻量11/165/8化之间，就必须舍入到相近的一个量化9/164/87/16电平上。在量化过程中会产生误差，称3/85/16为量化误