§2.4--卷积积分的性质.ppt

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1、§2.1连续系统的时域分析§2.2冲激响应和阶跃响应§2.3卷积积分§2.4卷积积分的性质第二章连续系统的时域分析§2.4卷积积分的性质卷积积分是一种数学运算，它有许多重要的性质（或运算规则），灵活地运用它们能简化卷积运算。卷积代数运算与冲激函数或阶跃函数的卷积微分积分性质卷积的时移特性相关函数2共20页一、卷积代数运算1．交换律2．分配律3．结合律系统并联运算系统级联运算证明3共20页交换律的证明卷积结果与交换两函数的次序无关。一般选比较简单函数进行反转和平移。4共20页系统并联系统并联，框图表示：结论：子系统并联时，总系统的冲激响应

2、等于各子系统冲激响应之和。5共20页系统级联系统级联，框图表示：结论：子系统级联时，总的冲激响应等于子系统冲激响应的卷积。6共20页二、与冲激函数或阶跃函数的卷积1.f(t)＊δ(t)=δ(t)＊f(t)=f(t)证明：f(t)＊δ(t–t0)=f(t–t0)2.f(t)＊δ'(t)=f'(t)证明：f(t)＊δ(n)(t)=f(n)(t)3.f(t)＊ε(t)7共20页三、卷积的微积分性质1.证明：上式=δ(n)(t)＊[f1(t)＊f2(t)]=[δ(n)(t)＊f1(t)]＊f2(t)=f1(n)(t)＊f2(t)2.证明：上式=

3、ε(t)＊[f1(t)＊f2(t)]=[ε(t)＊f1(t)]＊f2(t)=f1(–1)(t)*f2(t)3.在f1(–∞)=f2(–∞)=0的前提下，例1例28共20页卷积性质例1例1：f1(t)如图,f2(t)=e–tε(t)，求f1(t)*f2(t)解：f1(t)﹡f2(t)=f1'(t)﹡f2(–1)(t)f1'(t)=δ(t)–δ(t–2)f1(t)﹡f2(t)=(1–e–t)ε(t)–[1–e–(t–2)]ε(t–2)注意：当f1(t)=1，f2(t)=e–tε(t)，套用f1(t)﹡f2(t)=f1'(t)﹡f2(–1)(

4、t)=0﹡f2(–1)(t)=0显然是错误的。9共20页卷积性质例2图(a)系统由三个子系统构成，已知各子系统的冲激响应如图(b)所示。求复合系统的冲激响应，并画出它的波形。(a)复合系统(b)子系统的冲激响应解：如图（c）所示(c)复合系统的冲激响应10共20页四、卷积的时移特性若f(t)=f1(t)＊f2(t)，则f1(t–t1)＊f2(t–t2)=f1(t–t1–t2)＊f2(t)=f1(t)＊f2(t–t1–t2)=f(t–t1–t2)例求卷积是本章的重点与难点。求解卷积的方法可归纳为：（1）利用定义式，直接进行积分。对于容易求

5、积分的函数比较有效。如指数函数、多项式函数等。（2）图解法。特别适用于求某时刻点上的卷积值。（3）利用性质。比较灵活。三者常常结合起来使用。11共20页卷积性质例3例：f1(t),f2(t)如图，求f1(t)﹡f2(t)解：f1(t)=2ε(t)–2ε(t–1)f2(t)=ε(t+1)–ε(t–1)f1(t)﹡f2(t)=2ε(t)﹡ε(t+1)–2ε(t)﹡ε(t–1)–2ε(t–1)﹡ε(t+1)+2ε(t–1)﹡ε(t–1)由于ε(t)﹡ε(t)=tε(t)据时移特性，有f1(t)﹡f2(t)=2(t+1)ε(t+1)–2(t–1

6、)ε(t–1)–2tε(t)+2(t–2)ε(t–2)12共20页五、相关函数相关函数是鉴别信号的有力工具，被广泛应用于雷达回波的识别，通信同步信号的识别等领域。相关是一种与卷积类似的运算。与卷积不同的是没有一个函数的反转。相关函数的定义相关与卷积的关系相关函数的图解13共20页1.定义实能量有限函数f1(t)和f2(t)的互相关函数互相关是表示两个不同函数的相似性参数。可证明，R12(τ)=R21(–τ)。若f1(t)=f2(t)=f(t)，则得自相关函数显然，R(-τ)=R(τ)偶函数。14共20页实功率有限信号相关函数的定义f1(

7、t)与f2(t)是功率有限信号相关函数：自相关函数：例15共20页解：对此功率有限信号，由自相关函数的定义，有16共20页此例结论(1)周期信号自相关函数仍为周期信号,且周期相同。(2)自相关函数是一偶函数，R(0)为最大值。(3)余弦函数自相关函数仍为余弦;同理可证，任意相位的正弦、余弦之自相关函数仍为余弦。17共20页2.相关与卷积的关系R12(t)=f1(t)＊f2(–t)R21(t)=f2(t)＊f1(–t)。可见，若f1(t)和f2(t)均为实偶函数，则卷积与相关完全相同。3.相关函数的图解(0

8、连续系统的时域分析§2.2冲激响应和阶跃响应§2.3卷积积分§2.4卷积积分的性质第二章连续系统的时域分析小结