工程信号-2信号分析4.ppt

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工程信号-2信号分析4

大连交通大学 2.5 数字信号处理初步 一、数字信号获取与处理系统组成 模拟信号预处理:放大使信号幅值适当 滤波使信号为有限带宽 模拟信号数字化:模拟信号的离散采样、幅值量化、编码 数字信号处理:零均值化、剔除奇异点(预处理) 截断、数字滤波、傅氏变换等(正式处理) 第二章 信号的描述与分析 二、A/D与D/A转换 1.A/D转换过程 把连续时间信号转换为与其相对应的数字信号的过程称之 为模—数(A/D)转换过程。一般在进行A/D转换之前,需要 将模拟信号经抗混叠滤波器预处理,变成带限信号,再经A/D 转换成为数字信号,最后送入数字信号分析仪或数字计算机完 成信号处理.    A/D转换包括了采样、量化、编码等过程. 第二章 信号的描述与分析 (1)采样——或称为抽样,是利用采样脉冲序列s(t),从连续时间信号x(t)中抽取一系列离散样值,使之成为采样信号x(nTs)的过程.n= 0,1….。Ts称为采样间隔,或采样周期。1/Ts = fs 称为采样频率.   由于后续的量化过程需要一定的时间τ,对于随时间变化的模拟输入信号,要求瞬时采样值在时间τ内保持不变,这样才能保证转换的正确性和转换精度,这个过程就是采样保持。实际上采样后的信号是阶梯形的连续函数。 第二章 信号的描述与分析 采样保持放大器 功能:  保持输入信号在ADC转换期间不变,减小转换误差. 基本原理:       保持阶段 S断开 C 维持 V0保持不变 采样阶段 S闭合 C充电 V0随VX 变化 第二章 信号的描述与分析 (2)量化——又称幅值量化,把采样信号x(nTs)经过舍入或截尾的方法变为只有有限个有效数字的数,这一过程称为量化 A/D输入最大值 A/D位数 量化误差 = 舍入后量化电平 -实际电平 第二章 信号的描述与分析 满足均匀分布规律 区间出现的概率相等 概率密度 为 标准差 ,均值为0 (3)编码——将离散幅值经过量化以后变为二进制数字的过程。 第二章 信号的描述与分析 2.D/A转换过程 D/A转换器是把数字信号转换为电压或电流信号的装置。 D/A转换器输出阶梯状的连续电信号。只要采样间隔足够密,就可以精确的复现原信号。还可以在其后接一个低通滤波器,以滤除高频电噪声。 第二章 信号的描述与分析 三、采样定理 采样信号的频谱 采样过程通过采样脉冲序列S(t)与连续时间信号x(t)相乘来完成 为采样周期 x(t)为带限信号,最高频率为fm S(t)为周期信号 第二章 信号的描述与分析 根据频域卷积定理 第二章 信号的描述与分析 此式表明,一个连续信号经过理想采样以后,它的频谱将沿着频率轴每隔一个采样频率fs ,重复出现一次,即其频谱产生了周期延拓,其幅值被采样脉冲序列的傅立叶系数(Ck=1/Ts)所加权,其频谱形状不变。 第二章 信号的描述与分析 第二章 信号的描述与分析 2.频混现象 频混现象又称频谱混叠效应,它是由于采样信号频谱发生 变化,而出现高、低频成分发生混淆的一种现象 。 时域现象 第二章 信号的描述与分析 对三个正弦信号进行采样,采样频率为4Hz,比较三个采样输出序列,解释频率混叠现象。 第二章 信号的描述与分析 第二章 信号的描述与分析 频域本质 当采样周期Ts较小时,周期谱图相互分离;当Ts较大时,周期谱图相互重叠,即谱图之间高频与低频部分发生重叠,此即频混现象,这将使信号复原时丢失原始信号中的高频信息。 3.采样定理 为了保证采样后的信号能真实地保留原始模拟信号的信息,采样信号的频率必须至少为原信号中最高频率成分的2倍。 避免混叠: (1)x(t) 应为有限带宽信号,否则要进行抗混叠滤波预处理 (2)满足采样定理,工程实际中采样频率通常大于信号中最高频率成分的3到5倍。 第二章 信号的描述与分析 四、信号截断 信号截断与能量泄露 当运用计算机对工程测试信号处理时,不可能对无限长的信号进行测量和运算,而是取其有限的时间片段进行分析。 第二章 信号的描述与分析 例: 设有余弦信号x(t)在时域分布为无限长(- ∞,∞),当用矩形窗函数w(t)与其相乘时,得到截断信号xs (t) = w(t) x(t) 。 截断就是将无限长的信号乘以有限宽的窗函数,信号截断 后,其频谱已经不同于它加窗前的频谱。 由于窗函数一般都是一个频带无限

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