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《信号分析与处理》 主讲教师：张 峰 联系方式：zf_zx963@163.com 旋转机械振动监测故障诊断专家系统 * * * * 西安工业大学 Signal Analysis and Processing 前 言 信号：承载信息的事物，信息的载体 信号分析：研究信号的组成，进而更有效的获取信号中的信息，或获取信号的特征。 信号处理：对信号进行某种加工或变换，以消除信号中的噪声或干扰，将信号变换为容易分析、便于应用的形式。 信息化社会，信号分析与处理技术在各个科学领域都得到了广泛应用，成为许多专业的共同基础，对于自动控制、电气工程及自动化专业来说，是必须掌握的专业基础理论之一。 前 言 课程性质：专业基础课，考查课 课程内容： 计算机技术 信号处理技术 自动控制技术 + + 信号的分析(时域、频域） 系统分析的基本概念 离散傅里叶变换及快速傅里叶变换 数字滤波器的设计及应用 信号与系统 数字信号处理 + 课程特点：数学方法的使用 前 言 先修课程： 高等数学（积分、级数） 复变函数（映射、留数） 积分变换（拉普拉斯变换、傅里叶变换） 教材与参考文献： 张峰等， 《数字信号处理原理及应用》，电子工业出版社 [美]维纳.K.恩格尔、约翰.G.普罗克斯编著，刘树棠译，数字信号处理－使用Matlab，西安交通大学出版社 徐科军主编，信号分析与处理，清华大学出版社（第二版） 靳希等，信号处理原理与应用，清华大学出版社 吴大正等，信号与线性系统分析，高等教育出版社 绪 论 一、信号的定义及表示 定义：一切承载信息的事物 信号与信息：信号是信息的载体，信息是信号的内容 信号的形式：电信号，非电信号 光、声、图像等 特征：随时间变化的 函数 自变量，时间变量 函数值，也称信号幅值 表示方法 数学表达式 波形图 数据表格等 绪 论 二、信号的分类 1．连续时间信号和离散时间信号 自变量连续与否 连续时间信号：在信号存在的时间范围内，任意时刻都有定义（都可给出确定的函数值）。 t f(t) O t f(t) t0 t f(t) O 1 -1 1 模拟信号：自变量和函数值都连续，连续时间信号的特例 绪 论 二、信号的分类 1．连续时间信号和离散时间信号 自变量连续与否 t f(t) O 离散时间信号：在时间上是离散的，只在某些不连续的规定时刻给出函数值，其他时间没有定义。 n O 1 2 f(n) 数字信号：自变量和函数值都离散，离散时间信号的特例 绪 论 二、信号的分类 2．能量信号与功率信号 信号能量 信号功率 非周期信号 周期信号 能量信号: 功率信号: ，但 绪 论 二、信号的分类 3．确定信号与随机信号 确定性信号：可以用确定的时间函数来表示 确定 随机性信号：无法用确定的时间函数来表示，只知其统计特性 不确定 绪 论 三、信号分析与处理系统 1．信号处理 信号处理就是采用各种方法对信号进行采集、变换、综合、估值与识别等加工处理，借以达到提取信息和便于应用的目的。 模拟信号处理：通过模拟器件和模拟电路，例如晶体管、电阻、电容、电感等，完成对信号的处理； 2．信号处理的分类 绪 论 三、信号分析与处理系统 2．信号处理的分类 数字信号处理：采用数字或符号序列表示信号，利用计算机或专用处理设备，采用数值计算的方法，完成对信号的处理与分析。 绪 论 三、信号分析与处理系统 3．信号分析与处理系统组成 抗混叠 滤波器 AD转换 数字信号 处理单元 DA转换 输出滤波 输出显示 绪 论 三、信号分析与处理系统 4．数字信号处理的优点 灵活性：可通过改变数字信号处理系统的参数来改变系统的性能，使用灵活； 高精度、高稳定性：数字系统的特性不易受环境的变化而变化，运行稳定，计算精度是模拟系统所无法相比的。 绪 论 三、信号分析与处理系统 4．数字信号处理的优点 功能强且便于集成：通过复杂算法，可实现高难度的复杂处理，且数字部件具有高度的规范性，容易大规模集成和大规模生产，数字系统体积小、重量轻、可靠性强。 可存储：对数字信号可以存储、运算，系统可以获得高性能指标或完成模拟信号处理所不能完成的功能。 绪 论 四、信号分析与处理技术发展及应用 1．信号分析与处理技术发展的基础 数值计算 采样理论 + 高速数字计算机 快速傅里叶变换及各种快速算法 大规模集成电路技术的发展 绪 论 四、信号分析与处理技术发展及应用 2．信号分析与处理技术应用 数字信号处理是应用最快、成效最为显著的新学科之一，在图像处理、模式识别、工业现场信号分析、语音处理、声学、声纳、雷达、地震学、语音通信、数据通信、遥感遥测、地质勘探、航空航天、电力系统、自动化仪器仪表、核科学等领域充分显示了它的重要