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信号分析与处理_第一章
第1章 连续时间信号分析 1.1 连续时间信号的时域分析 1.1.1 连续信号的时域描述 时域描述:用一个时间函数式表示信号随时间而变化的特性 1.连续时间信号的定义: 在所讨论的时间内,对于除了若干个不连续点以外的任意时刻值都有定义的信号,用x(t)表示 例如: 1.1.1 连续信号的时域描述 (1)指数信号 (2)正弦信号 (2)正弦信号 正弦信号的性质: 两个振幅和初相位均不同的同频率正弦信号相加后,结果仍是原频率的正弦信号; 若一个正弦信号的频率是另一个正弦频率的整数倍,则它们的合成信号是另一个非正弦周期信号,其周期等于基波的周期 正弦信号对时间的微分和积分仍然是同频率的正弦信号 (3)复指数信号 (4)抽样信号(Sampling Signal) (5)单位阶跃信号 (6)单位冲激信号 (6)单位冲激信号 性质: 抽样特性 加权特性 (6)单位冲激信号 单位冲激信号为偶函数 尺度变换特性 单位冲激信号的导数(又叫冲激偶) 是一个奇函数 1.1.2 连续信号的基本运算 2.信号的微分与积分 3.信号的时移与翻褶 例题 1.1.3 连续信号的时域分解 可将一个复杂信号分解为具有不同延时的冲激信号序列 1.1.4 连续信号的卷积 1.1.4 连续信号的卷积 1.1.4 连续信号的卷积 卷积的解析法: 1.1.4 连续信号的卷积 3.卷积性质 1.1.4 连续信号的卷积 3.卷积性质 1.2 周期信号的频率分解 1.2.1 周期信号的描述 在时域中信号可分解为加权冲激信号之和,信号还可以分解为频率信号。例如:周期信号可用傅立叶级数来表示,实质就是把信号分解为了一系列不同频率的谐波分量之和。 一个连续信号在(-∞,∞)区间,以T0为周期重复,表达式: x(t)= x(t+T0) = x(t+2T0) ….=x(t+nT0) T0为周期,频率f0=1/ T0或角频率Ω0=2π/T0, f0或Ω0称为基本频率或基本角频率 1.2.1 周期信号的描述 1.2.2 傅里叶级数 任何一个满足狄里赫利条件的周期为T的函数x(t)都可以用三角函数集中各函数分量的线性组合来表示,即 1.2.2 傅里叶级数 例1 说明 例3 1. 三角型傅里叶级数 满足狄利克雷(Dirichlet)条件的周期信号都可以展开为三角型傅里叶级数表达式: 1. 三角型傅里叶级数 (1)式中, 是常数,表示直流分量; 当n=1时, 为基波; 当n=2时, 为2次谐波; 表示n次谐波。 1. 三角型傅里叶级数 问题:如何求出各谐波分量的大小,即(1)式中各常系数? 2. 指数型傅里叶级数 三角函数与复指数函数有密切的关系,由欧拉公式: 三角型和指数型傅里叶级数实质上是同一种级数的两种不同表现形式。 2. 指数型傅里叶级数 将上述欧拉公式代入三角型傅里叶级数公式: 令复系数 当x(t)为实信号时,有 , 则 2. 指数型傅里叶级数 2. 指数型傅里叶级数 说明: 上式表明一个周期信号可以由无限多个复指数信号组成, 是基波频率, 是n次谐波频率。 振幅和相位由 决定,且有 例1.2.2 例1.2.2 (续) 求得复系数为 故得x(t)的指数型傅里叶级数表达式为 1.2.3 周期信号的频率分析 通过上述对周期信号的时域分析表明,一个周期信号可以利用正弦型信号或复指数信号来准确描述。 不同波形的周期信号的区别仅在于基频 以及各组成谐波分量的幅度和相位不同。 1.2.3 周期信号的频率分析 由于 是离散频率 的复函数,有 其中: 模 反映了组成周期信号的不同频率谐波分量的幅度随频率变化的特性,简称幅频特性; 相角 反映了不同频率分量的初相角随频率变化的特性,简称相频特性。 1.2.3 周期信号的频率分析 由上述分析知,任意波形的周期信号x(t)可以由反映信号频率特性的复指数 来描述。二者存在一一对应的关系,即: 从信号x(t)的傅里叶级数表达式中,提取了反映信号全貌的三个基本特征,即基频、各谐波的幅度和相位。这种用频率函数来描述或表征任意周期信号的方法称为周期信号的频率分析。 1.2.3 周期信号的频率分析 信号的频谱图:即
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