5　测试技术--数字信号分析与处理.ppt

* * 工程测试技术 第5章 数字信号的分析与处理 5.1 数字信号处理概述 5.2 数字信号处理的基本步骤 5.3 信号数字化中出现的问题 数字信号的分析与处理 5.1 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) 数字信号的分析与处理 (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 数字信号的分析与处理 (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 数字信号的分析与处理 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。 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 数字信号的分析与处理 b)灵活、方便的计算机虚拟仪器开发系统 数字信号的分析与处理 案例：铁路机车FSK信号检测与分析 京广线计划提速到200公里/小时 合作任务：机车状态信号识别(频率解调) 虚拟仪器设计方案 数字信号的分析与处理 5.2 数字信号处理的基本步骤 　 预处理 A/D转换 数字信号处理器或计算机 结果显示 解调 电平转换 滤波 采样 量化 保持 截断 分析计算 数字滤波 加权处理 x(t) 数字信号的分析与处理 5.3.1 采样与混叠 采样――利用采样脉冲序列，从信号中抽取一系列离散值，使之成为离散信号的过程。 保持 5.3 信号数字化中出现的问题 　 (1) 采样 数字信号的分析与处理 (2) 采样过程的图解法描述 　 将采样函数p(t)与信号x(t)相乘 0 x(t) t 0 p(t) t × 取离散点x(0), x(1) …… x(n) t n 0 0 x(t).p(t) x(n) 数字信号的分析与处理 a.采样函数的引入－－脉冲函数与周期脉冲序列函数 　 Ts t 0 Ts t 0 利用脉冲函数的采样特性 数字信号的分析与处理 b.脉冲函数的采样特性与卷积特性　 利用脉冲函数的采样特性：摘取 利用脉冲函数的卷积特性：搬移 0 t x(t) Ts 0 时域脉冲函数 t 0 f X(f) Fs 0 频域脉冲函数 f 0 f X(f) Fs 相乘 卷积 x(Ts) 0 t x(t) · Ts 数字信号的分析与处理 c. 采样中出现的问题－－混叠 0 t 0 f x(t) X(f) Ts1 0 t 0 f x(t)×p1(t) X(f)*P1(f) -1/Ts1 1/Ts1 0 f X(f)*P2(f) -1/Ts2 1/Ts2 t 0 Ts2 x(t) )×p2(t) 数字信号的分析与处理 d. 混叠的时域分析 ` 数字信号的分析与处理 e. 混叠的频域分析 -Fs Fs Fs/2 工程处理 混叠发生处：频率Fs/2附近 Fmax Fs -Fs 频混 Fmax f f f 数字信号的分析与处理 f. 正确采样的方法：步骤１采样前的抗混叠滤波 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 展开 低通滤波(0～Fs/2) 放大 数字信号的分析与处理 为保证采样后信号能真实地保留原始模拟信号信息，信号采样频率必须至少为原信号中最高频率成分的2倍。这是采样的基本法则，称为采样定理。 Fs ＞ 2 Fmax Fs Fs f 0 Fmax Fs/2 -Fs/2 f. 正确采样的方法：步骤２满足采样定理 数字信号的分析与处理 　　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。 Fs＞3~5 Fmax 或 Ts＜0.2~0.3 Fmax Tmax Ts t x(t) 0 f. 正确采样的方法：步骤３考虑工程实际要求 数字信号的分析与处理 用计算机进行测试信号处理时，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，这个过程称信号截断。 5.3.2 截断与泄漏 　 数字信号的分析与处理 （1） 用于截断的窗函数 数字信号的分析与处理 （2） 截断过程的图解表示法 数字信号的分析与处理