第1章信号及其描述

第一章

信号及其描述

第一节 信号的分类与描述一.概述二.信号的分类 三.信号的时域和频域描述

一、概述信号红灯 亮

信息交通信号灯

停止

黄灯 亮绿灯 亮

注意

通行 信息的载体是光信号3

信号的定义：物理角度，数学角度， 工程角度。 信号就是承载某种或某些信息的物理量的变化历程。 信号就是函数，就是某一变量随时间或频率或其他变 量而变化的函数。 信号表现为一组数据或波形，这组数据通常是由某一 检测仪器，如传感器，从某一物理系统上检测得到的， 以数据的形式记录在纸上，或存储在某种磁性介质上， 或以波形形式显示在仪器的显示屏上。4

简谐振动信号测试系统结构框图

如心电图，就是利用仪器从人体上获得的心脏跳 动的数据，通常显示在仪器上供医生诊断之用， 或记录在纸上作为病人病例记录。

生物医学信号处理应用

滤波以前干扰严重

滤波以后干扰去除7

再比如飞机上的黑匣子，就是将各种传感器采集 下来的有关飞机飞行状态、发动机工作状态等数 据记录下来，以备将来分析事故之用。

二、信号的分类信号的分类主要是依据信号波形特征来划分 的，在介绍信号分类前，先建立信号波形的概念。 信号波形：被测信号的幅度随时间的变化的历 程称为信号波形。

齿轮啮合振动

电容传声器

信号波形9

常见标准信号波形

0

A

x (t )

t

信号波形图：用被测物理量的强度作为纵坐标， 用时间做横坐标，记录被测物理量随时间的变化情 况。11

为深入了解信号的物理实质，将其进行分类研究 是非常必要的，从不同角度观察信号，可分为： 从信号描述上：确定性信号与非确定性信号； 从信号幅值和能量：能量信号与功率信号； 从分析域：时域与频域； 从连续性：连续时间信号与离散时间信号；

从可实现性：物理可实现信号与物理不可实现信号。12

1 、确定性信号与非确定性信号可以用明确数学关系式描述的信号称为确定性信号。 不能用数学关系式描述的信号称为非确定性信号。信号

确定性信号

周期信号

简单周期信号 一般周期信号

非周期信号

准周期信号 瞬态信号

平稳随机信号

非确定性信号非平稳随机信号13

a) 周期信号：按一定时间间隔周而复始出现的信号 x ( t ) = x ( t + nT )简单周期信号

一般周期信号

简单周期信号： 频率单一的正弦或余弦信号。

谐波信号

o

x(t )

m

信号的 “波形”

k

k x t X 0 sin t 0 m 15

-5 -10 5 0 0.5 1 1.5 (a) 2 2.5 3t

一般周期信号: 由多个乃至无穷多个频率成分叠加而成

, 叠加后存在公共周期的信号mm

0

-5

0

0.5

1

(b)1.5

2

2.5

3t

x3(t)=10Sin(2π·3·t+π/6) +5Sin(2π·2·t+π/3)

10mm

0

-10 0 0.5 1 1.5 (c) 2 2.5 3t

x1(t)=A1Sin(ω1t+θ1) =A1Sin(2π 1t+θ1) =10Sin(2π·3·t+π/6)

mm mm

x2(t)=A2Sin(ω2t+θ2) =A2Sin(2π 2t+θ2) =5Sin(2π·2·t+π/3)

mm

=

=

10

10 505

-50 0.5 1 1.5 (a) 2 2.5 3t

-10 -5 0

+

-10 5

0

0.5

1

+

1.5

2

2.5

3t

0

-5

0

0.5

1

1.5 (b)

2

2.5

3t