测试系统技术 教学课件 作者 郭军 第1－8章第6章.ppt

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1、第6章测试系统的数据处理6.1测试系统进行数据处理的必要性6.2滤波器的选用6.3频谱分析习题与思考题6.1测试系统进行数据处理的必要性6.1.1信号的分类与特点广义地讲，信号是随着时间变化的某种物理量，只有变化的量中才可能含有信息。信号可表示为一个时间的函数，所以在信号分析中，信号和函数二词常相互通用。信号可按不同方式进行分类，通常的分类如下。1.确定信号与随机信号当信号是一确定的时间函数时，给定某一时间值，就可以确定一相应的函数值。这样的信号是确定信号。但是，带有信息的信号往往具有不可预知的不确定性，它们是一种随机信号。随机信号不是一个确定的时间

2、函数，当给定某一时间值时，其函数值并不确定，而只知道此信号取某一数值的概率。严格地说，除了实验室发生的有规律的信号外，一般的信号都是随机的。因为对于接收者来说，信号如果是完全确定了的时间函数，就不可能由它得到任何新的信息，因而也就失去了传输信号的目的。但对于确定信号的分析仍然具有重要意义，因为有些实际信号与确定信号有相近的特性。2.连续信号与离散信号确定信号表示为确定的时间函数，如果在某一时间间隔内，对于一切时间值，除了若干不连续点外，该函数都给出确定的函数值，则该信号就称为连续信号(continuoussignal)。如图6.1(a)、(b)所示的两个

3、函数，都是在时间间隔－∞＜t＜+∞内的连续信号，只是在t＜0的范围内，两者的信号值均为零。这里t=0是一个任意选取的计时参考点。这种在t＜0时其值为零的函数，称为有始函数(causalfunction)。应注意的是，连续信号中可以包含有不连续点。如图6.1(b)中所示函数f(t)，在t=0和t=t1处是不连续的，因为在该两点处≠(t－ε)。图6.1连续信号实际上，所谓连续信号是指它的时间变量t是连续的。因此，为了更加确切，也常把这种信号称做连续时间信号(continuoustimesignal)。和连续信号相对应的是离散信号(discretesignal)。

4、代表离散信号的时间函数只在某些不连续的时间值上给定函数值，如图6.2所示。图中函数f(tk)只在tk=－1、0、1、2、3等离散的时刻给出函数值(图中括号内的数值)。所以，所谓离散信号，实际上指的是它的时间变量t取离散值tk，因而这种信号也常称为离散时间信号(discretetimesignal)。当tk＜0时，如果函数值f(tk)均为零，则这种离散时间函数也是有始的。离散时间信号可以在均匀的时间间隔上给出函数值，也可以在不均匀的时间间隔上给出函数值，但一般都采用均匀间隔。连续时间信号有时也称为模拟信号，而幅度取离散值的离散时间信号有时也称为数字信号。图6.

5、2离散信号3.能量信号与功率信号信号还可以用它的能量特点来加以区分。在一定的时间间隔里，把信号施加在一电阻负载上，负载中就消耗一定的信号能量。将该能量值对时间间隔取平均，即得在此时间内信号的平均功率。如果使时间间隔趋于无穷大，则一般信号均将属于下述两种情况之一：信号总能量为有限值而信号平均功率为零；信号平均功率为有限值而信号总能量为无限大。属于前一种情况的信号称为能量信号，因为对它们只能从能量加以考查，而无法从平均功率去考查；属于后一种情况的信号称为功率信号，对于它们，总能量就没有意义，因而只能从功率加以考查。由直观不难理解，在时间间隔趋于无限大的情况下，

6、周期信号都是功率信号；只存在于有限时间内的信号是能量信号；存在于无限时间内的非周期信号可以是能量信号，也可是功率信号，这要根据信号是何种函数而定。表示确定信号的时间函数，包含了信号的全部信息量，所以信号的特性首先表现为它的时间特性，通常由信号随时间变化的波形来描述。信号的时间特性主要是指信号随时间变化快慢的特性。所谓变化的快慢，一方面的意义是同一形状的波形重复出现的周期短或长；另一方面的意义是信号波形本身的变化速率。如图6.3所示的周期性脉冲信号，这个信号对时间变化的快慢，一方面由它的重复周期T表现出来，另一方面由脉冲的持续时间τ以及脉冲上升和下降边沿陡直的

7、程度表现出来。当然，信号作为一个时间函数，除了变化速率外，还可有其它的特性，例如图中脉冲幅度E的大小等。图6.3周期性脉冲信号除了时间特性外，信号还具有频率特性。对于一个复杂信号，可以用傅里叶分析法把它分解为许多不同频率的正弦分量，而每一正弦分量则以它的振幅和相位来表征。各个正弦分量可以将其振幅和相位分别按频率高低依次排列成频谱(frequencyspectrum)。这样的频谱，同样也包含了信号的全部信息量。复杂信号频谱中各分量的频率，理论上说可以扩展至无限，但是由于原始信号的能量一般均集中在频率较低的范围内，因此高于某一频率的分量，在工程实用上可以忽略不计

8、。这样，每一信号的频谱都有一个有效的频率范围，这个范