CH 1 信号及其描述

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1、第1章信号及其描述SignalandItsDescription1.0序（Introduction）1.1信号的分类（SignalClassification）1.2信号的描述（SignalDescription）1.3几种典型信号的频谱（SeveralTypicalSignal’sSpectrum）返回信号（signal）：随时间或空间变化的物理量。信号是信息的载体，信息是信号的内容。依靠信号实现电、光、声、力、温度、压力、流量等的传输电信号易于变换、处理和传输，非电信号电信号。信号分析与处理（signalanalysisandprocessi

2、ng）不考虑信号的具体物理性质，将其抽象为变量之间的函数关系，从数学上加以分析研究，从中得出具有普遍意义的结论。序1.0序（Introduction）信号无处不在通信古老通信方式：烽火、旗语、信号灯。近代通信方式：电报、电话、无线通讯。现代通信方式：计算机网络通信、视频电视传播、卫星传输、移动通信。序000110100111110001100101010101110110010100011000摩尔码序故障诊断序心电图波形医学序生物医学信号处理应用举例滤波以前干扰严重滤波以后干扰去除序生物医学信号处理应用举例左下图是一段听觉响应的时间信号，没有表现

3、出可以识别的特征。右下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。序1.1信号的分类（SignalClassification）信号确定性信号：能用明确的数学关系式或图像表达的信号称为确定性信号。1.1.1.确定性信号和非确定性信号信号的分类mx(t)0x(t)f0Atk周期信号(periodsignal)：依一定的时间间隔周而复始、重复出现；无始无终。周期：满足上式的最小T值。频率(frequency)：周期的倒数，f=1/T，单位：（Hz赫兹）圆频率/角频率：频率乘以2f,即=2f=2/T实际应用中，n通常取为正整

4、数。数学表达：信号的分类T0=2/0=1/f0(a)正弦信号：(b)复杂周期信号：x(t)=Asin0.5t+Asint+Asin2tx(t)t0tT0Ax(t)00信号的分类这种频率单一的正弦或余弦信号称为谐波信号。谐波(harmonious)信号常用特征参量：均值、绝对均值、均方差值、均方根值（有效值）和均方值（平均功率）描述。一般周期信号（如周期方波、周期三角波等）由多个乃至无穷多个频率成分（频率不同的谐波分量）叠加所组成，叠加后存在公共周期。准周期信号(quasi-periodicsignal)也由多个频率成分叠加而成，但不存

5、在公共周期。信号的分类一般非周期信号是在有限时间段存在，或随着时间的增加而幅值衰减至零的信号，又称为瞬变非周期信号。t例：准周期信号信号的分类x(t)ttx(t)瞬变信号：在有限时间段存在，或随时间的增加幅值衰减至零。信号的分类非确定性信号又称为随机（random）信号，是无法用明确的数学关系式表达的信号。如：加工零件的尺寸机械振动环境的噪声等根据是否满足平稳随机过程的条件，非确定性信号又可以分为：平稳随机信号非平稳随机信号信号的分类t0x(t)随机信号：白噪声t0x(t)随机信号：叠加白噪声的正弦信号非确定性信号。具有不重复性（在相同条件下，每次

6、观测的结果都不一样）、不确定性、不可预估性。采用概率和统计的方法进行描述。随机信号信号的分类1.1.2连续（continuous）信号和离散（discrete）信号t0连续信号t0离散信号信号的分类1.1.3能量信号和功率信号如周期信号、准周期信号、随机信号等。信号的瞬时功率：信号能量：能量（有限）信号：功率（有限）信号：信号在有限区间（t1,t2）上的平均功率：如各类瞬变信号。信号的分类信号的时域描述以时间为独立变量，描述信号随时间的变化特征，反映信号幅值随时间变化的关系。波形图：时间为横坐标的幅值变化图。优点：形象、直观。缺点：不能明显揭示信号

7、的内在结构（频率组成关系）。1.2信号的描述（SignalDescription）信号的频域描述应用傅里叶级数或傅里叶变换，对信号进行变换（分解），以频率为独立变量建立信号幅值、相位与频率的函数关系。频谱图：以频率为横坐标的幅值、相位变化图。幅值谱：幅值-频率图相位谱：相位-频率图频域描述抽取信号内在的频率组成及其幅值和相角的大小，描述更简练、深刻、方便。信号的描述信号时域与频域描述的关系时域描述与频域描述是等价的，可以相互转换，两者蕴涵的信息相同。时域描述与频域描述各有用武之地。将信号从时域转换到频域称为频谱(specrtrum)分析，属于信号的

8、变换域分析。采用频谱图描述信号，需要同时给出幅值谱(amplitudespectrun)和相位谱(phasespectru