[工程科技]第三章信号分析与处理.ppt

克服方法之一：信号整周期截断 为了减少频谱能量泄漏，可采用不同的截取函数对信号进行截断，截断函数称为窗函数，简称为窗。泄漏与窗函数频谱的两侧旁瓣有关，如果两侧瓣的高度趋于零，而使能量相对集中在主瓣，就可以较为接近于真实的频谱。旁瓣泄漏则是完全有害的。 　 克服方法之二：窗函数 0 常用窗函数： (1) 幂窗——采用时间变量某种幂次的函数，如矩形、三角形、梯形或其它时间(t)的高次幂；  (2) 三角函数窗——应用三角函数，即正弦或余弦函数等组合成复合函数，例如汉宁窗、海明窗等；  (3) 指数窗——采用指数时间函数，如e-st形式，例如高斯窗等． 克服方法之二：窗函数 1. 矩形窗 矩形窗属于时间变量的零次幂窗，函数形式为 相应的窗谱为： 矩形窗使用最多，习惯上不加窗就是使信号通过了矩形窗 优点：主瓣比较集中 缺点：旁瓣较高，并有负旁瓣，导致变换中带进了高频干扰和泄漏，甚至出现负谱现象。 2. 三角窗 三角窗亦称费杰(Fejer)窗，是幂窗的一次方形式： 相应的窗谱为： 三角窗与矩形窗比较，主瓣宽约等于矩形窗的两倍，但旁瓣小，而且无负旁瓣。 3. 汉宁(Hanning)窗 汉宁窗又称升余弦窗，其时域表达式为： 相应的窗谱为： 与矩形窗对比，汉宁窗主瓣加宽并降低，旁瓣则显著减小。汉宁窗的旁瓣衰减速度也较快。比较可知，从减小泄漏观点出发，汉宁窗优于矩形窗。但汉宁窗主瓣加宽，相当于分析带宽加宽，频率分辨力下降。 (a)低通滤波器 (Low pass filter) (b)高通滤波器 (High pass filter) (c) 带通滤波器 (band pass filter) (d) 带阻滤波器 (band stop filter) 3 滤波器　 滤波器是一种选频装置，可以使信号中特定频率成分通过，而极大地衰减其他频率成分． 1.滤波器分类(根据滤波器的选频作用分) ?2称为低通滤波器的上截止频率 ?1、?2分别称为带通滤波器的下、上截止频率 通带 通带 通带 通带 通带 阻带 阻带 阻带 阻带 阻带 理想 滤波器 ?1称为高通滤波器的下截止频率 (c) 带通滤波器 (band pass filter) (d) 带阻滤波器 (band stop filter) 通带 通带 阻带 通带 阻带 阻带 理想滤波器是指能使通带内信号的幅值和相位都不失真，阻带内的频率成分都衰减为零的滤波器。 2.理想滤波器 H(2π? )=A(2π?)ejφ(2π?) A(2π?)=A0=const φ(2π?)=-2π?t0 物理不可实现 　 理想滤波器在时域内的脉冲响应函数 h(t)为sinc函数。脉冲响应的波形沿横坐标左、右无限延伸。 给理想滤波器一个脉冲激励，从图中可以看出，在t=0时刻单位脉冲输入滤波器之前，即在t＜0时，滤波器就已经有响应了。 h(t) δ(t) -3dB 在实际滤波器的幅频特性图中通带和阻带间应没有严格的界限，存在一个过渡带。 3.实际滤波器 　 1) 截止频率: 幅频特性值等于 所对应的频率 2)带宽B：上下两截频间的频率 范围称为带宽 3)纹波幅度d ：波动幅度d与幅频特性平均值A0相比应小于-3dB。 恒带宽：B=fc2-fc1 * * 测试技术基础 第三章 测试系统中的数据采集与处理 §3.1 数字信号处理概述 1、数字信号处理的主要研究内容 数字信号处理主要研究用数字序列来表示测试信号，并用数学公式和运算来对这些数字序列进行处理。内容包括数字波形分析、幅值分析、频谱分析和数字滤波。 0 A t X(0) X(1) X(2) X(3) X(4) 2、测试信号数字化处理的基本步骤 物理信号 对象 传感器 电信号 放大调制 电信号 A/D 转换 数字信号 计算机 显示 D/A转换 电信号 控制 物理信号 3、数字信号处理的优势 1) 用数学计算和计算机显示代替复杂的电路和机械结构 2) 计算机软硬件技术发展的有力推动 a) 多种多样的工业用计算机。 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? b) 灵活、方便的计算机虚拟仪器开发系统 采样――利用采样脉冲序列，从信号中抽取一系列离散值，使之成为采样信号x(nTs)的过程。 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