刘伟庭-现代测试技术4`.pdfVIP

本讲主要内容 1、数字信号处理系统 2、采样定理 3、离散傅立叶变换与快速傅立叶变换 4、数字滤波 数字信号处理系统 组成 数字信号处理系统优点 精度高。模拟系统的精度靠元器件来保证，很难达到10-3 以上；而数 字系统的精度是由字长来决定的，16位字长就可以达到10-5 的精度。 可靠性高。只有有限个电平，抗干扰能力强。 系统通用性好。模拟系统由于元件参数的分散性，不可能做到两个系 统一模一样，而数字系统易于实现；另外，同一个数字系统轻易地变换 参数，则可变成另外一个系统，而模拟系统则需要改变元器件。 易存储及转移性。数字信号可轻易存储，并可不失真传递出去；而模 拟信号虽可存储，但不失真传递性差。 可分时复用。如同一个数字滤波器，可以将其输出再回至输入，再调 用一次该滤波器，则实现了两个滤波器的级联。 易用软件模拟。数字系统可以采用计算机软件模拟，如matlab. 容易实现非线性、自诊断和自保护性好、体积小、成本低等特点。 数字信号处理系统 缺点 工作速度慢，实时性差。工作速度受时钟频率及算法控 制，无法与模拟系统相媲美。 附属电路、接口电路成本高。如A/D转换器、D/A转换器 成本很高。 存在量化噪声和运算误差。 早在50年代，以Z变换和采样数据理论为基础实现了低频地震信号的 数字处理。 1965年提出的快速傅立叶变换是数字信号处理发展史上的一块里程 碑，人们开始认识到数字信号处理的重要性，数字信号处理也由一门计 算数学，而发展为一门应用科学。 1966年以后，每年都有大量新的算法出现，主要集中在快速变换、滤 波器设计、谱分析这三大支柱。 与算法并行发展的另一个分支是数字信号处理的硬件。70年代末随着 大规模集成电路的出现，使得数字信号处理器得以发展。数字信号处理 技术被大规模地使用。 采样过程 采样是将连续信号变为离散信号的过程；采样器相当于 一个电子开关，每隔T时间闭合一次，采集到当前的信号 值，为了得到即时的信号值，电子开关闭合的时间越短越 好，当闭合时间趋于零时，称为理想采样。T称为采样周 理 定 样 采 期。 采样过程 采样的数学表达式： 采样过程为一个脉冲 信号对被采样信号调 理 定 样 采 制的过程。 根据卷积定理，有 其中 理 定 样 采 理想采样过程数学分析 理 定 样 采 对于带限信号，当采样频率 大于信号最高频率2倍时，则 所得离散信号不丢失任何信 理 定 样 采 息，并可不失真地恢复到原连 续信号。 抗混叠滤波器的作用 抗混叠滤波器为低通滤波器，保证输入被 采样信号为带限信号。根据采样定理，并 考虑到滤波器为非理想滤波器，采样频率 应大于该滤波器上限截止频率的3倍以上。 D/A后低通滤波器的作用 离散信号的恢复 理 定 样 采 D