现代信号处理第1章解题.ppt

机械工程学院机自所动态室 机械工程学院机自所动态室 现代信号处理技术及应用Modern Signal Processing Technology and Its Application 何正嘉 訾艳阳 张西宁 内 容 简 介 介绍现代信号处理技术的基本原理和工程实用技术。阐述平稳和非平稳信号的特点，信号数学变换的本质，信号正交分解的物理意义和工程背景。内容包括信号的时域分析、频域分析、循环平稳信号分析、时频分析、小波变换及第二代小波变换、经验模式分解等。列举了所介绍的方法和技术在工矿企业中机电设备动态分析与监测诊断方面的应用实例。 第一章 绪论 1.1 现代信号处理的内容和意义 1.2 信号的分类 1.3 非平稳信号处理和信号的正交分解 1.4 信号处理的内积与基函数 1.5 现代信号处理的应用现状与进展 1.1 现代信号处理的内容和意义 信息反映了一个物理系统的状态或特性，是自然界、人类社会和人类思维活动中普遍存在的物质和事物的属性。 信号处理的本质是信息的变换和提取。 信息的提取就要借助各种信号获取方法以及信号处理技术。 信号测量系统和信号处理的工作内容的成本已达到装备系统总成本的50%-70%。 * * 西 安 交 通 大 学 西安交通大学研究生创新教育系列教材 第一章 绪论 1.1 现代信号处理的内容和意义 1.2 信号的分类 1.3 非平稳信号处理和信号的正交分解 1.4 信号处理的内积与基函数 1.5 现代信号处理的应用现状与进展 1.1 现代信号处理的内容和意义 信号处理技术的应用领域： 电子通讯； 机械振动信号的分析与处理； 自动测量与控制工程领域； 语音分析、图像处理与声纳探测； 生物医学工程。 第一章 绪论 1.1 现代信号处理的内容和意义 1.2 信号的分类 1.3 非平稳信号处理和信号的正交分解 1.4 信号处理的内积与基函数 1.5 现代信号处理的应用现状与进展 1.2 信号的分类 按照信号随自变量时间的取值特点，信号可分为连续时间信号和离散时间信号： 1、连续时间信号——任意时间都有信号值。 2、离散时间信号——在离散的时间点上有信号值。 按照信号取值随时间变化的特点，信号可以分为确定性信号和随机信号： 1、确定性信号——所有参数都已经确定。 2、随机性信号——在取值时刻以前不可准确预知。 1.2 信号的分类 1.2.1 确定性信号 图1.2.1 确定性信号的分类 1.2 信号的分类 1.2.2 随机信号 随机信号描述的物理过程具有不可重复性和不可预测性，具有有一定的统计规律性。统计特征是随机信号的基本特征，常用概率分布函数和概率密度函数来描述。 图中t表示时间，表示第k次行驶所测得的加速度值，k=1，2，……，N。 图1.2.2 随机振动波形记录 1.2 信号的分类 随机信号的分类 强平稳随机信号：统计特征参数均不随时间变化； 弱平稳随机信号：平均值和方差不随时间变化； 各态历经随机信号：样本函数的所有统计特征参数等于样本集的相应统计特征参数（平稳随机信号）。每个样本函数在概率意义上代表了所有其它的样本函数。 图1.2.3 随机过程的分类 第一章 绪论 1.1 现代信号处理的内容和意义 1.2 信号的分类 1.3 非平稳信号处理和信号的正交分解 1.4 信号处理的内积与基函数 1.5 现代信号处理的应用现状与进展 1.3 非平稳信号处理和信号的正交分解 1.3.1 非平稳信号处理 所谓非平稳性，是指信号的统计特性与时间变化有关； 信号的统计特性包括时域统计特性和频域统计特性 设备运行过程产生大量的非平稳动态信号： 1、故障发生或发展时将导致动态信号非平稳性的出现； 2、变工况机电设备，其运行状态具有非平稳性； 3、机电设备在运行状态的非线性及动态响应的非线性。 工程中获得的动态信号，它们的平稳性是相对的、局部的，而非平稳性是绝对的、广泛的。 1.3 非平稳信号处理和信号的正交分解 1.3.1 非平稳信号处理 正因为非平稳动态信号的统计特性与时间有关，所以对非平稳信号的处理必须同时进行时域、频域分析。 D. Gabor在著名的“通信理论”论文中生动形象地指出： “迄今为止，通信理论的基础一直是由信号分析的两种方法组成的：一种将信号描述成时间的函数，另一种将信号描述成频率的函数(Fourier分析)。这两种方法都是理想化的……。然而，我们每一天的经历——特别是我们的听觉——却一直是用时间和频率两者来描述信号的。” 1.3 非