离散时间系统的时域分析.pdf

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1、第七章离散时间系统的时域分析§7-1概述一、离散时间信号与离散时间系统离散时间信号：只在某些离散的时间点上有值的信号。离散时间系统：处理离散时间信号的系统。混合时间系统：既处理离散时间信号，又处理连续时间信号的系统。二、连续信号与离散信号连续信号可以转换成离散信号，从而可以用离散时间系统（或数字信号处理系统）进行处理：连续信号取样离散信号量化数字信号三、离散信号的表示方法：1、时间函数：f(k)<——f(kT)，其中k为序号，相当于时间。例如：f(k)=sin(0.1k)2、（有序）数列：将离散信号的数值按顺序排列起来。例如：f(k)={1,0.5,0.25,0.125,

2、……,}时间函数可以表达任意长（可能是无限长）的离散信号，可以表达单边或双边信号，但是在很多情况下难于得到；数列的方法表示比较简单，直观，但是只能表示有始、有限长度的信号。四、典型的离散时间信号⎧1k=01、单位样值函数：δ(k)=⎨⎩0其它下图表示了δ(k−n)的波形。这个函数与连续时间信号中的冲激函数δ(t)相似，也有着与其相似的性质。例如：f(k)δ(k)=f(0)δ(k)，f(k)δ(k−k0)=f(k0)δ(k−k0)。⎧1k≥02、单位阶跃函数：ε(k)=⎨⎩0其它这个函数与连续时间信号中的阶跃函数ε(t)相似。用它可以产生（或表示）单边信号（这里称为单边序列

3、）。k3、单边指数序列：aε(k)(a)a=0.9(d)a=−0.9(b)a=1(e)a=−1(c)a=1.1(f)a=−1.1atat比较：单边连续指数信号：eε(t)=(e)ε(t)，其底一定大于零，不会出现负数。4、单边正弦序列：Acos(ω0k+φ)ε(k)双边正弦序列：Acos(ω0k+φ)五、离散信号的运算1、加法：f(k)=f1(k)+f2(k)<—相同的k对应的数相加。2、乘法：f(k)=f1(k)⋅f2(k)3、标量乘法：f(k)=a⋅f1(k)4、移序：f(k)=f1(k−n)当n>0时，信号向右移（后移）——>称为减序；当n<0时，信号向左移（前移）

4、——>称为增序。离散信号的移序计算相当于连续时间信号的时间平移计算。六、线性移不变离散时间系统1、线性离散时间系统系统的激励和响应之间满足齐次性和叠加性关系的离散时间系统。a1e1(k)+a2e2(k)⇔a1r1(k)+a2r2(k)2、移不变离散时间系统系统的激励和响应之间满足移不变关系的离散时间系统。e(k−n)⇔r(k−n)3、线性移不变离散时间系统同时满足线性和移不变性的系统。七、离散时间系统的描述方法：见§7-3。§7-2抽样信号与抽样定理离散信号可以通过对连续信号抽样得到；连续信号可以通过抽样转化为离散信号，从而可以用离散时间系统进行处理。但是，这牵涉到两个问

5、题：1）怎样进行抽样？2）如何抽样才能不损失原来信号中的信息？一、抽样器及其数学模型抽样是通过一定的装置（等间隔地）抽取原来连续信号中的很小的一段。其等效电路它也可以用一个开关信号相乘的数学模型来表示，其中的开关函数为：+∞s(t)=∑Gτ(t−kT)k=−∞当τ→0时，开关函数近似为：+∞lims(t)=limτ∑δ(t−kT)=limτ⋅δT(t)τ→0τ→0τ→0k=−∞可见，开关函数近似成为一个幅度为无穷小的周期性冲激序列。这个“无穷小”会给我们分析带来不便，所以一般直接用幅度为1的周期性冲激序列代替它，即：+∞s(t)=∑δ(t−kT)=δT(t)k=−∞这样，

6、抽样以后的信号为：+∞fs(t)=f(t)⋅s(t)=f(t)∑δ(t−kT)k=−∞+∞+∞=∑f(t)δ(t−kT)=∑f(kT)δ(t−kT)k=−∞k=−∞显然，抽样以后的信号只与原来的信号在某些离散的时间点上的值有关。(a)开关函数（b）单位冲激序列二、抽样定理显然，利用原来的信号在某些离散的时间点上的值构成的信号，是否会损失信息？或者，在何条件下，可以用抽样后的信号，不失真地还原出原来的信号？1、抽样信号的频谱：+∞fs(t)=f(t)∑δ(t−kT)k=−∞1+∞⎡⎤Fs(jω)=F(jω)*⎢ωs∑δ(ω−kωs)⎥2π⎣k=−∞⎦ω+∞=s∑F(jω)*

7、δ(ω−kω)s2πk=−∞1+∞=∑F(jω)*δ(ω−kωs)Tk=−∞2π其中ωs=，称为抽样（角）频率；T称为抽样T（取样）周期。可见，抽样后信号的谱是抽样以前的谱按抽样（角）频率周期化的结果。（a）原信号f()t(b)原信号的频谱Fj()ω2π（c）单位冲激序列δ()t（d）单位冲激序列的频谱ωδω()（ω=）TsωssT1(e)f()tf==()tf()()ttδ(f)f()t的频谱δsTδτ如果原来信号最大频率分量为的谱ωm，抽样频率ωs>2ωm，则周期化后的各个频谱不会相互重叠。将抽样信号通过一个截止频率为ωs