C01-信号分析基础_2010版.pptVIP

2005-04-26 Kunming University of Science Technology 机械工程测试技术基础-信号分析基础 张文斌 第一章 信号分析基础 本章学习要求 1.了解信号的分类及其描述方法； 2. 掌握周期信号及其离散频谱； 3. 掌握非周期信号及其连续频谱； 4. 掌握傅立叶变换的主要性质； 5. 了解几种典型信号的频谱； 6. 掌握典型工程信号的频谱； 7. 掌握随机信号及其主要特征参数。 第一章 信号分析基础 本章内容－7学时 1.1 信号分类及其描述 1.2 周期信号与离散频谱 1.3 瞬变非周期信号与连续频谱 1.4 随机信号 1.1信号分类及其描述 信号 包含着反映被测系统的状态或特性的某些有用信息，它是人们认识客观事物规律、研究事物之间相互联系预测未来发展的依据。 信号的分类 主要是依据信号波形特征来划分的，在介绍信号分类前，需要先建立信号波形的概念。 信号波形 被测信号信号幅度随时间的变化历程称为信号的波形。 1.1信号分类及其描述 信号波形图 用被测物理量的强度作为纵坐标，用时间做横坐标，记录被测物理量随时间的变化情况。 1.1信号分类及其描述 1.1.1信号的定义 一种能传递物理系统状态或特性的信息函数。 为深入了解信号的物理实质，将其进行分类研究是非常必要的。从不同角度观察信号，可分为： 1)从信号描述上划分 确定信号与随机信号 2)从信号的幅值和能量上划分 能量信号与功率信号 3)从分析域上划分 时限信号与频限信号 4)从连续性上划分 连续信号与离散信号 …… 1.1信号分类及其描述 1)确定信号与随机信号 确定信号：可以用明确数学表达式描述的信号。 随机信号：不能用数学表达式描述的信号。 1.1信号分类及其描述 1.1信号分类及其描述 a)周期信号：按一定时间间隔周而复始重复出现的信号。 表达式：x(t)=x(t+nT) 1.1信号分类及其描述 例1.1－单自由度振动系统 如图所示的集中参量单自由度振动系统作无阻尼自由振动时，其位移就是确定性的；它可以用下式来确定质点的瞬时位置 1.1信号分类及其描述 b)非周期信号：确定信号中在不具有周期重复性的信号。 准周期信号：由两个以上周期信号合成，但各信号频率不成公倍数，无法按某一时间间隔周而复始出现。 瞬态信号：持续时间有限的信号。 1.1信号分类及其描述 例1.2－瞬变非周期信号 前述的弹簧质量振动系统，若加阻尼装置后，其质点位移x(t)可用下式表示 1.1信号分类及其描述 c)随机信号：不能用数学关系式描述，其幅值、相位变化不可预知，具有统计特征。 1.1信号分类及其描述 2)连续信号与离散信号 a)连续信号：信号数学表达式中独立变量取值是连续的。 x(t)在所有时间点t上有定义 。 b)离散信号：独立变量取值是离散的。 x(t)在若干时间点t上有定义。 1.1信号分类及其描述 3)能量信号与功率信号 a)能量信号：在所分析的区间(-∞,∞)，能量为有限值的信号。 满足条件 一般持续时间有限的瞬态信号是能量信号 1.1信号分类及其描述 b)功率信号：在所分析的区间（-∞，∞），能量不是有限值。此时，研究信号的平均功率更为合适。 满足条件 一般持续时间无限的信号都属于功率信号 1.1信号分类及其描述 4)时限信号与频限信号 a)时限信号 在时间段 (t1, t2)内有定义，其外恒等于零。 b) 频限信号 在频率区间(f1, f2 )内有定义，其外恒等于零。 1.1信号分类及其描述 1.1.2信号的时域描述和频域描述 时域描述：直接观测或记录的信号，以时间为独立变量。 频域描述：以频率为独立变量。 1.1信号分类及其描述 例1.3－揭示时域信号的频率组成 1.1信号分类及其描述 例1.4－周期方波的描述 时域描述 频域描述 方波由一系列幅值和频率不等、相位为零的正弦信号叠加而成。(n=1,3,5,7,…) 1.1信号分类及其描述 频域描述中的基本概念 频谱 在信号分析中，将组成信号的各个频率成分找出来，按序排列，便得到信号的频谱。 幅频谱 以频率为横坐标，幅值为纵坐标。 相频谱 以频率为横坐标，相位为纵坐标。 1.1信号分类及其描述 时域描述和频域描述之间的关系 时域描述：直观地反映出信号瞬时值随时间变化的情况。 频域描述：反映信号的频率组成及其幅值、相位之大小 第一章 信号分析基础 本章内容 1.1 信号分类及其描述 1.2 周期信号与离散频谱 1.3 瞬变非周期信号与连续频谱 1.4 随机信号 1.2周期信号与离散频谱 周期信号 简谐信号 复杂周期信号 简谐信号