信号与系统(刘树棠译)第三章.ppt

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1、1第3章周期信号的傅里叶级数表示SignalsandSystemsA.V.OPPENHEIM,etal.FourierSeriesRepresentationofPeriodicSignals2本章内容：Ⅰ.周期信号的频域分析Ⅱ.LTI系统的频域分析Ⅲ.傅立叶级数的性质33.0引言Introduction时域分析方法的基础：信号在时域的分解。LTI系统满足线性、时不变性。从分解信号的角度出发，基本信号单元必须满足两个要求：1.本身简单，且LTI系统对它的响应能简便得到。2.具有普遍性，能够用以构成相当广泛的信号。43.1历

2、史的回顾（AHistoricalPerspective）任何科学理论,科学方法的建立都是经过许多人不懈的努力而来的,其中有争论,还有人为之献出了生命。历史的经验告诉我们,要想在科学的领域有所建树，必须倾心尽力为之奋斗。今天我们将要学习的傅立叶分析法，也经历了曲折漫长的发展过程，刚刚发布这一理论时，有人反对，也有人认为不可思议。但在今天，这一分析方法在许多领域已发挥了巨大的作用。51768年生于法国1807年提出“任何周期信号都可以用正弦函数的级数来表示”拉格朗日反对发表1822年首次发表“热的分析理论”1829年狄里赫利第

3、一个给出收敛条件傅里叶生平1768—18306傅里叶的两个最重要的贡献——“周期信号都可以表示为成谐波关系的正弦信号的加权和”——傅里叶的第一个主要论点“非周期信号都可以用正弦信号的加权积分来表示”——傅里叶的第二个主要论点7复指数函数、是一切LTI系统的特征函数。　、分别是LTI系统与复指数信号相对应的特征值。结论：只有复指数函数才能成为一切LTI系统的特征函数。对时域的任何一个信号或者,若能将其表示为下列形式：8利用系统的齐次性与叠加性所以有即：同理：*问题：究竟有多大范围的信号可以用复指数信号的线性组合来表示？由于P

4、age130：例3.19FourierSeriesRepresentationofContinuous-TimePeriodicSignals一.连续时间傅里叶级数成谐波关系的复指数信号集:其中每个信号都是以为周期的，它们的公共周期为，且该集合中所有的信号都是彼此独立的。3.3连续时间周期信号的傅里叶级数表示如果将该信号集中所有的信号线性组合起来，有10显然也是以为周期的。该级数就是傅里叶级数，为傅立叶级数的系数。这表明用傅里叶级数可以表示连续时间周期信号，即:连续时间周期信号可以分解成无数多个复指数谐波分量。例1：11例

5、2：在该信号中，有四个谐波分量，即显然该信号中，有两个谐波分量，为相应分量的加权因子。时对应的谐波分量。傅里叶级数表明：连续时间周期信号可以按傅立叶级数被分解成无数多个复指数谐波分量的线性组合。12二.频谱（Spectral）的概念信号集中的每一个信号，除了成谐波关系外，每个信号随时间的变化规律都是一样的，差别仅仅是频率不同。在傅里叶级数中，各个信号分量（谐波分量）间的区别也仅仅是幅度（可以是复数）和频率不同。因此，可以用一根线段来表示某个分量的幅度，用线段的位置表示相应的频率。13分量可表示为因此，当把周期信号表示为傅里

6、叶级数时，就可以将表示为这样绘出的图称为频谱图14频谱图其实就是将随频率的分布表示出来，即关系。由于信号的频谱完全代表了信号，研究它的频谱就等于研究信号本身。因此，这种表示信号的方法称为频域表示法。三.傅里叶级数的其它形式或若是实信号,则有，于是15若令则为实数即：表明的模关于偶对称，幅角关于奇对称。16——傅里叶级数的三角函数表示式若令则17因此即的实部关于偶对称，虚部关于奇对称。——傅里叶级数的另一种三角函数形式将此关系代入，可得到18四.连续时间傅里叶级数的系数确定如果周期信号可以表示为傅里叶级数则有对两边同时在一个

7、周期内积分，有综合公式19即在确定此积分时，只要积分区间是一个周期即可，对积分区间的起止并无特别要求，因此可表示为是信号在一个周期的平均值，通常称直流分量。分析公式20五.周期性矩形脉冲信号的频谱其中Page135：例3.3、3.421根据可绘出的频谱图。称为占空比22不变时23不变时24周期性矩形脉冲信号的频谱特征：1.离散性2.谐波性3.收敛性考查周期和脉冲宽度改变时频谱的变化：当不变，改变时，随使占空比减小，谱线间隔变小，幅度下降。但频谱包络的形状不变，包络主瓣内包含的谐波分量数增加。2.当改变，不变时，随使占空比减

8、小，谱线间隔不变，幅度下降。频谱的包络改变，包络主瓣变宽。主瓣内包含的谐波数量也增加。25表明：奇信号的是关于的奇函数、虚函数。当时，有表明：偶信号的是关于的偶函数、实函数。当时，有信号对称性与频谱的关系：26若以为周期3.4连续时间傅里叶级数的收敛这一节来研究用傅氏级数表示周期信号的普遍性问题，即满足