1、信號與系統(tǒng)Signals and Systems哈爾濱工業(yè)大學(xué)自動化測試與控制研究所劉 旺逸夫樓609室86413532-8609 課程學(xué)習(xí)要求保持良好的課堂秩序嚴(yán)格遵守上課紀(jì)律（隨機(jī)抽查三次曠課或6次遲到、早退取消考試資格）認(rèn)真完成課后作業(yè)（作業(yè)缺1/3取消考試資格）積極完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容（實(shí)驗(yàn)缺1/3取消考試資格）主要講述章節(jié)第1章 第2章 第3章 第4章第5章 第6.2、6.3、6.4小節(jié)第7章 第8章 第12章 參考文獻(xiàn)Alanv. Oppenheim（劉樹棠 譯）. 信號與系統(tǒng)，西安交通大學(xué)出版社王寶祥. 信號與系統(tǒng). 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社陸哲明，趙春暉，孫圣和. 信號與系統(tǒng)學(xué)習(xí)與考研

2、指導(dǎo). 科學(xué)出版社學(xué)習(xí)目的和意義 后續(xù)課程（通信、控制和數(shù)字信號處理 ）基礎(chǔ)實(shí)際工程（IT行業(yè)，股票分析、醫(yī)學(xué)，航天航空，地質(zhì) ）基礎(chǔ)應(yīng)用基礎(chǔ)研究（圖像處理、語音處理、數(shù)據(jù)挖掘）先導(dǎo)課程考研：專業(yè)基礎(chǔ)課 第一章 緒論 本章主要研究內(nèi)容：信號與系統(tǒng)研究內(nèi)容 信號描述與信號運(yùn)算 信號分解 1.1 信號與系統(tǒng)研究內(nèi)容 一、信號1概念消息、 信號、 信息、 函數(shù)Message Signal Information Function 具體內(nèi)容、表現(xiàn)形式、消息有效成分、 信號表達(dá)式（單值函數(shù)）信號:消息的運(yùn)載工具和表現(xiàn)形式消息傳遞方式的歷史： 光信號 聲信號 電信號 現(xiàn)代:GPS、網(wǎng)絡(luò) 1.1 信號與系統(tǒng)

3、研究內(nèi)容2分類信號函數(shù)表達(dá)式確定性 確定信號：能表示成時(shí)間確定函數(shù)，用在控制系統(tǒng)中； 隨機(jī)信號：不能表示成時(shí)間確定函數(shù)，只能知道其概率分布，用在通信系統(tǒng)中；周期性 周期： ； 非周期： 偽隨機(jī)：T很大的周期信號； 混沌(Chaos)信號1.1 信號與系統(tǒng)研究內(nèi)容時(shí)間函數(shù)取值連續(xù)性 抽樣模擬抽樣量化 數(shù)字A/D轉(zhuǎn)換信號信號 信號連續(xù)時(shí)間模擬：連續(xù)幅度離散幅度離散時(shí)間抽樣：連續(xù)幅度數(shù)字：離散幅度1.1 信號與系統(tǒng)研究內(nèi)容例1：判斷信號類型（習(xí)題1-1 ）tf(t)（a）4321 (只取4,3,2,1)tf(t)（b）連續(xù)時(shí)間信號模擬信號連續(xù)時(shí)間離散幅度信號1.1 信號與系統(tǒng)研究內(nèi)容例1：判斷信號類

4、型（習(xí)題1-1 ）離散時(shí)間信號數(shù)字信號離散時(shí)間信號抽樣信號123只取(3,2,1)tf(t)（c）tf(t)（d）1.1 信號與系統(tǒng)研究內(nèi)容例1：判斷信號類型（習(xí)題1-1 ）離散時(shí)間信號數(shù)字信號離散時(shí)間信號數(shù)字信號（e）（f）1只取(0,1)nx(n)1只取(-1,1)nx(n)-11.1 信號與系統(tǒng)研究內(nèi)容自變量個數(shù)一維：語音f(t)多維二維：圖像f(x, y)三維：視頻f(x, y, t)四維：電磁波f(x, y, z, t)1.1 信號與系統(tǒng)研究內(nèi)容能量和功率特性能量：功率：非能量非功率：1.1 信號與系統(tǒng)研究內(nèi)容調(diào)制系統(tǒng)中調(diào)制信號載波信號已調(diào)信號低頻信號(調(diào)制信號)已調(diào)信號信道接收端解

5、調(diào)載波低頻信號1.1 信號與系統(tǒng)研究內(nèi)容3信號分析：信號描述、運(yùn)算、分解、 頻譜分析、相關(guān)分析、信號檢測4信號變換（源自信號的正交分解）： 傅氏變換、拉氏變換、Z變換、DTFT、DFT5信號處理（信號變換是其中一部分， 服務(wù)于信號傳輸）：變換、濾波、壓 縮、增強(qiáng)、分割 1.1 信號與系統(tǒng)研究內(nèi)容二、系統(tǒng) 1概念 系統(tǒng)：若干相互作用和相互依賴的事物所組成的具有特定功能的整體 系統(tǒng)、電路（網(wǎng)絡(luò)） i)系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)功能與特性，關(guān)心全局； ii)電路強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)與參數(shù)，關(guān)心局部 廣義系統(tǒng)分類 物理、非物理；自然、人工e(t)r(t)1.1 信號與系統(tǒng)研究內(nèi)容2信號與系統(tǒng)關(guān)系 相輔相成 離開信號，系統(tǒng)無存在必要

6、 信號必須通過系統(tǒng)得以傳輸和處理3分類 連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)離散時(shí)間系統(tǒng)混合系統(tǒng)r(t)x(n)x(n) y(n)e(t) y(n)e(t) r(t)微分方程差分方程 1.1 信號與系統(tǒng)研究內(nèi)容 L,C 微分、差分方程即時(shí)系統(tǒng)：輸出決定于同時(shí)刻輸入動態(tài)系統(tǒng)：輸出與歷史輸入有關(guān)R 代數(shù)方程 集總參數(shù)：只含集總參數(shù)元件分布參數(shù)：含有分布參數(shù)元件R,L,C 微分方程傳輸線、波導(dǎo) 偏微分方程1.1 信號與系統(tǒng)研究內(nèi)容 線性系統(tǒng)：疊加性、均勻性非線性系統(tǒng) 時(shí)變：參數(shù)隨時(shí)間變化時(shí)不變：參數(shù)不隨時(shí)間變化？a1e1(t)+a2e2(t)e1(t)e2(t)r1(t)r2(t)a1r1(t)+a2r2(t)e(t)r(

7、t)？ e(t-t0) r(t-t0)1.1 信號與系統(tǒng)研究內(nèi)容 穩(wěn)定：有界輸入 有界輸出不穩(wěn)定因果：輸出變化出現(xiàn)在輸入變化之后非因果時(shí)刻輸出只與 及時(shí)刻輸入有關(guān)，如1.1 信號與系統(tǒng)研究內(nèi)容可逆：不同激勵 不同響應(yīng)不可逆：不同激勵 相同響應(yīng) 如如系統(tǒng)e1(t)r1(t)逆系統(tǒng) e2(t)=e1(t)1.1 信號與系統(tǒng)研究內(nèi)容4線性時(shí)不變系統(tǒng)（Linear Time Invariant， LTI）-LTI系統(tǒng) 滿足疊加性： 滿足均勻性： 滿足時(shí)不變特性：線性1.1 信號與系統(tǒng)研究內(nèi)容 滿足微（積）分特性： 因果特性： 若 不存在激勵，且 起始狀態(tài)為0，則線性常系數(shù)微分方程描述的系統(tǒng)滿足因果性，

8、即：線性時(shí)不變系統(tǒng)未必就滿足因果性 1.1 信號與系統(tǒng)研究內(nèi)容例2：判斷下列系統(tǒng)特性（因果、線性、時(shí)不變、穩(wěn)定） i) 線性: ii) 時(shí)不變: 1.1 信號與系統(tǒng)研究內(nèi)容 iii) 因果： iv) 穩(wěn)定： i) 線性： 時(shí)刻輸入決定時(shí)刻輸出1.1 信號與系統(tǒng)研究內(nèi)容 ii) 時(shí)變： 時(shí)刻輸入決定時(shí)刻輸出由iii) 非因果： iV) 穩(wěn)定： 1.1 信號與系統(tǒng)研究內(nèi)容r(t)=e(t)cos(t)i)線性: ii)時(shí)變: iii)因果: iv)穩(wěn)定: r(t)=e(t)cos(t)1.1 信號與系統(tǒng)研究內(nèi)容r(t)=i)非線性: ii)時(shí)不變: iii)因果: iv)穩(wěn)定: 1.1 信號與系統(tǒng)

9、研究內(nèi)容5系統(tǒng)分析：已知e(t)和系統(tǒng)求響應(yīng)r(t)步驟i)建立數(shù)學(xué)模型：用框圖或數(shù)學(xué)表達(dá)式描述ii)求解數(shù)學(xué)模型：已知數(shù)學(xué)模型或輸入激勵方法i)描述方法：輸入輸出描述法、狀態(tài)變量描述法 ii)求解方法：時(shí)域（經(jīng)典、卷積、數(shù)值）和變換域（頻域、復(fù)頻域、Z域、FFT）iii) 非線性方法（人工神經(jīng)網(wǎng)、遺傳算法、模糊理論）1.1 信號與系統(tǒng)研究內(nèi)容系統(tǒng)e(t)r(t) ?1.1 信號與系統(tǒng)研究內(nèi)容e2(t)e1(t)r(t)e(t)r(t)=ae(t)ae(t)r(t)i)相加ii)倍乘iii)積分 框圖中三種基本單元1.1 信號與系統(tǒng)研究內(nèi)容例3：根據(jù)圖寫微分方程或根據(jù)微分方程畫框圖 e(t)+-a0r(t)b01.1 信號與系統(tǒng)研究內(nèi)容e(t)+r(t)a+b 1.1 信號與系統(tǒng)研究內(nèi)容 解：令根據(jù)此方程，可以畫出方框圖為-23-1.1 信號與系統(tǒng)研究內(nèi)容+1e(t)-r(t)223-1.1 信號與系統(tǒng)研