线性时不变系统的描述.pptVIP

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第一章第2讲 §3 线性时不变系统的描述 n阶前向差分方程 §3 线性时不变系统的描述 差分方程的求解 递推法 经典解法 时域解法 Z域分析法 例 2 经典解法 §4 连续时间信号的数字处理 对连续(模拟)信号实施数字处理的典型框图 抽样定理与A/D转换器 抽样信号的恢复与D/A转换器 抽样信号恢复的频域解释 抽样信号恢复的时域解释 D/A 转换器的基本原理 带通信号的抽样 带通信号 第一章第2讲 第一章第2讲 第一章第2讲 * n阶后向差分方程 式中,x (n), y(n)分别为激励与响应。前向差分方程多用于状态变量分析法。 后向差分方程多用于因果系统与数字滤波器的分析。 或 系数ak(k=1、2…、N) , bm (m=1,…,M)均为常数。 差分方程的阶数指方程中y(n-k)的最高阶与最低阶之差。 线性指方程中仅有y(n-k)的一次幂项,不含它们的相乘项。 差分方程的重要特点是: 系统当前的输出(即在n时刻的输出)y(n),不 仅与激励有关,而且与系统过去的输出 y(n-1), y(n-2), ? y(n-N) 有关,即系统具有记忆功能。 详见《信号与系统》的相关章节 典型例题 例 1 递推法 试求一阶差分方程 y(n)= ay(n-1) +x(n)的单位脉冲响应。设初始条件为y(n)=0(n0)。 解:令 x(n)=δ(n),则y(n)=h(n), 上式可变为: h(n)=ah(n-1)+ δ(n) h(0)=1 h(1)=ah(0)+ 0=a h(2)=ah(1)+ 0=a2 … h(n)=ah(n-1)+ 0= an ∴ h(n)= anu(n) 为因果系统 描述某线性时不变离散系统的差分方程为: 试求:当初始状态为 y(-1)=0, y(-2)= ?时,求全响应。 解:(1)求齐次解,特征根为: (2)求特解:设特解为: 将yp(n)代入原差分方程,得: 解得: 例 2 经典解法 (3)用初始值求常数: 全响应为: 将初始条件代入上式,得: 解得: 故,全响应为: 自由响应 强迫响应 说明 1、数字信号处理系统相比模拟信号处理系统的优点 2、连续(模拟)信号数字处理的必要性 3、各主要环节的说明 模拟信号数字处理第一步就是将在时间上连续的模拟信号离散化,使之成为在时间上离散的信号。 抽样是将连续时间信号离散化的过程,它仅抽取信号波形某些时刻的样值。 抽样分为均匀抽样和非均匀抽样,当抽样是可取均匀等间隔点时为均匀抽样,否则为非均匀抽样。实际抽样多为均匀抽样。 理想抽样及其频谱 均匀抽样可看作一个脉冲调制过程,其数学表示: 为调制信号即输入的模拟信号。 为载波信号,是一串周期为T,脉宽为τ的矩形脉冲串。调制后输出的信号就是抽样信号 。 抽样定理与A/D转换器 当τ趋于零的极限情况时, 脉冲序列p(t)变成了冲击函数串,称为理想抽样。 理想抽样过程示意图 理想抽样 实际抽样不可能为理想抽样。但当τ?T时,即可看成理想抽样 抽样定理与A/D转换器 用 表示冲击函数串 可见, 是 在离散时刻 的取值 的集合。 抽样信号 的频谱 抽样定理与A/D转换器 由频域卷积定理得: 将 和 带入 式中,得: 可见,一个连续时间信号经过理想抽样后,其频谱为周期性频谱,且以抽样频率Ωs=2π/T为间隔周期无限延拓。 抽样定理与A/D转换器 理想抽样信号的频谱周期延拓图示例 抽样定理与A/D转换器 1、设 的频谱 为被限制在某一最高频率Ωh范围内,其频谱如上页图a所示,则称其为带限信号。 对带限信号的抽样,当满足Ωh≤ Ωs/2时,原来频谱和各次延拓分量的频谱不重叠,如上页图b所示。如果选用一个截止频率为Ωs/2的理想低通滤波器对抽样信号进行滤波,就可以不失真地还原出原来的连续信号。 2、但如果信号的最高频率Ωh≥ Ωs/2,则各周期延拓分量产生频谱的交集,将无法真的还原出原来的连续信号,即产生了“混叠失真”,如上页图c所示。 抽样定理 理想抽样信号的频谱周期延拓图示例说明 要想连续带限信号抽样后能够不失真地还原出原信号,则抽样频率必须大于或等于两倍原信号频谱的最高频率(Ωh≤ Ωs/2),这就是奈奎斯特抽样定理。 折叠频率或奈奎斯特频率 基带谱 抽样定理与A/D转换器 A/D转换器的基本原理 任何A/D转换器必须包括以下三个基本功能: 抽样、

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