《信号与系统》第五章课件(英文版)
《信号与系统教案》课件
《信号与系统教案》课件第一章:信号与系统概述1.1 信号的概念与分类定义:信号是自变量为时间(或空间)的函数,用以描述物理现象、信息传输等。
分类:模拟信号、数字信号、离散信号、连续信号等。
1.2 系统的概念与分类定义:系统是由信号输入与输出之间关系构成的一个实体。
分类:线性系统、非线性系统、时不变系统、时变系统等。
1.3 信号与系统的处理方法信号处理:滤波、采样、量化、编码等。
系统处理:稳定性分析、频率响应分析、时域分析等。
第二章:连续信号及其运算2.1 连续信号的基本运算叠加原理、时移原理、微分、积分等。
2.2 连续信号的傅里叶级数傅里叶级数的概念与性质。
连续信号的傅里叶级数展开。
2.3 连续信号的傅里叶变换傅里叶变换的概念与性质。
连续信号的傅里叶变换公式。
第三章:离散信号及其运算3.1 离散信号的基本运算叠加原理、时移原理、差分、求和等。
3.2 离散信号的傅里叶变换离散信号的傅里叶变换的概念与性质。
离散信号的傅里叶变换公式。
3.3 离散信号的Z变换Z变换的概念与性质。
离散信号的Z变换公式。
第四章:数字信号处理概述4.1 数字信号处理的基本概念数字信号处理的定义、特点与应用。
4.2 数字信号处理的基本算法滤波器设计、快速傅里叶变换(FFT)等。
4.3 数字信号处理硬件实现数字信号处理器(DSP)、Field-Programmable Gate Array(FPGA)等。
第五章:线性时不变系统的时域分析5.1 线性时不变系统的定义与性质线性时不变系统的数学描述。
线性时不变系统的特点。
5.2 系统的零状态响应与零输入响应零状态响应的定义与求解。
零输入响应的定义与求解。
5.3 系统的稳定性分析系统稳定性的定义与判定方法。
常见系统的稳定性分析。
第六章:频率响应分析6.1 频率响应的概念系统频率响应的定义。
频率响应的性质和特点。
6.2 频率响应的求取直接法、间接法求取频率响应。
频率响应的幅频特性和相频特性。
信号与系统第五章(陈后金)3
Y S ( j ) Y1 ( j ) Y 2 ( j )
利用希尔伯特变换下边带幅度调制的频谱
X ( j )
A
Y1 ( j )
A/ 2
c
c
Y2 ( j )
m
m
X h ( j )
A/ 2
c
A/ 2
Aj
c
YS ( j )
A
m
m
c
c
四、频分复用
X 1 ( j )
调制系统
cos( c1t )
x1 (t )
0
X 2 ( j )
x 2 (t )
一、双边带调幅 (Amplitute Modulation)
信号的频谱分析
x (t )
y (t )
c ( t ) cos c t y ( t ) x ( t ) cos c t
c (t )
幅度调制方块图
Y ( j )
1 2π
1 2
X ( j ) * π [ ( c ) ( c )]
...
例 如图所示系统中,已知输入信号x(t)的频谱X(j), 试分析系统中A、B、C、D各点及y(t)的频谱并画出 频谱图,求出y(t)与x(t)的关系。
H1(j) x(t) H2(j) C 1 1 y(t)
A
B
-100 -80 80 100
ห้องสมุดไป่ตู้
《信号和系统》课件
系统建模:MATL AB可以建立系统的数学模型,并进行仿真和优化
控制系统设计:MATL AB可以进行控制系统的设计、分析和优化 信号和系统分析:MATL AB可以进行信号和系统的分析,包括频谱分析、 时域分析等
MATL AB在系统设计中的应用
互动性强:设置问 答、讨论等环节, 增强学生的学习兴 趣和参与度
信号基础知识
信号定义
信号是信息的载体, 是信息的表现形式
信号可以分为模拟 信号和数字信号
模拟信号是连续变 化的物理量,如声 音、图像等
数字信号是离散变 化的物理量,如二 进制数据等
信号分类
连续信号:在时 间上和数值上都
是连续的信号
结构图描述法:通过结构 图来描述系统的结构关系
系统分析的基本概念
系统:由相互关联的 组件组成的整体,具 有特定的功能和目标
信号:信息的载体, 可以是数字、模拟或
其他形式
输入:系统的输入信 号,决定了系统的行
为和输出
输出:系统的输出信 号,是系统对输入信
号的处理结果
反馈:系统对输出信 号的监测和调整,以 实现更好的性能和稳
适用人群
电子信息工程、 通信工程、自 动化等专业的
学生
信号处理、通 信系统、控制 系统等领域的
工程师
对信号和系统 感兴趣的科研
人员
信号和系统课 程的教师和助
教
课件特点
内容全面:涵盖信 号与系统的基本概 念、理论、应用等
逻辑清晰:按照信 号与系统的发展脉 络进行讲解,易于 理解
实例丰富:结合实 际案例,便于学生 理解抽象概念
定常系统:系统参数不随时间变化的系统
奥本海默《信号与系统课件》
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h(n) x(n) h(t) y(t) x(t) y(t) x(t) h(t) x(n) y(n) h(n) y(n)
4. 卷积运算其它性质: 卷积积分微分、积分特性:
若 x (t ) h(t ) y (t ),则
x(t ) h(t ) x(t ) h(t ) y(t ) [ x( ) d ] h(t ) x(t ) [ h( ) d ] [ y ( ) d ]
k
x ( k ) h( n k )
k
x ( n k ) h ( k ) h( n) x ( n)
y (t ) x(t ) h(t ) x( )h(t )d x(t )h( )d h(t ) x(t )
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2 .3 Properties of Linear
Time-Invariant Systems
Wang Zhengyong College of Electronics and Information, Sichuan University
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一. 卷积积分与卷积和的性质
1. 交换律(The commutative property ):
y ( n ) x ( n) h( n)
信号与系统第五章-4
5.3.3 傅里叶逆变换
前面介绍了傅里叶变换的主要内容和方法。对给定信号或系 统进行分析时,有时需要在时域中进行,有时需要在变换域 (如频域)中进行。在频域中分析系统的性能比较方便,求解 系统的输出响应也比较简单,但频域中的系统输出响应不便 于理解,需要变换回时域中进行分析,这种从频域到时域的 变换就是傅里叶逆变换。 1. 傅里叶逆变换的定义 按照傅里叶变换及逆变换的定义,若已知某信号的傅里叶变 换为 F ( j ) F [ f (t )] f (t )e dt (5-115) 则其傅里叶逆变换的计算公式如下
(2) 部分分式展开法 如果系统在信号作用下的输出响应为 j 的有理分式,则可 将其按部分分式的方式进行展开(展开方法同拉普拉斯展开 法一样,只需将 j 换成即可。具体内容见“连续时间系统 的复频域分析”),然后再对各项分别求其傅里叶逆变换即 可。在对部分分式进行展开和求其逆变换时,常常会用到以 下的傅里叶逆变换结果。 F 1[( j )n ] ( n) (t ) n 0,1, 2, L (5-120) 1 t n 1 t F 1 e u (t ) 0, n 0,1, 2, L (5-121) n ( j ) (n 1)! 【例5-13】 已知 2( j ) F ( j ) ( j 1)( j 3) 1 求 F (j ) 的傅里叶逆变换 F [ F ( j )] 。 解: F (j ) 可展开成以下的部分分式
2
∞
令 s j ,即可将其化为以下的复变函数积分
1 j∞ F ( s)e st ds f (t ) j2 j∞
(5-122) 利用复变函数积分的留数法即可对上述积分进行求解,具体 求解过程略。 葡京娱乐城官网
信号与系统课件SandS-5-8
1、无负载串联元件的传递函数 由无负载串联元件组成的系统,其系统的总传递函数
可以通过消除中间变量而得到。例如,图5-8-1a)所示系 统中,各元件的传递函数分别为
H1(s)
X 2 (s) X1(s)
和
H2(s)
X 3(s) X 2 (s)
12
第五章 拉普拉斯变换与系统函数描述
5-8-2 电路系统的s域模型
di2 dt
u2
L2
di2 dt
M
di1 dt
(5-8-10)
对上式求其拉普拉斯变换,利用微分性质即可得到耦合
电感的s域模型为
U1(s) sL1I1(s) L1i1(0 ) sMI2(s) Mi2(0 ) U2(s) sL2I2(s) L2i2(0 ) sMI1(s) Mi1(0 ) (5-8-11)
3、电容端口特性
电容C的端口特性是电容端电压 vC (t) 与流过电容的电流
iC (t) 之间的关系,即
对上式求其拉vC普(t)拉 斯C1 变0t i换C (,)d利 用vC积(0分 ) 性质即可得(到5-8电-7)容
元件的s域模型为
VC (s)
1 sC
IC (s)
vC (0 ) s
(5-8-8)
X1(s) H1(s) X2(s) H2(s) X3(s)
电路的s域模型还可以用于其它电路元件,例如 理想变压器等。
11
第五章 拉普拉斯变换与系统函数描述
5-8-2 电路系统的s域模型
在分析电路问题时,首先需要获得描述该电路的数学 模型。这一步其实就是对系统进行建模的过程。电路 的数学模型可以通过对给定电路应用基尔霍夫定律得 到。对于电路分析问题,有意义的变量是电路中不同 节点之间的电压和通过各节点的电流。
信号与系统课件(英文)讲解
x[n] Balance in bank y[n]
(sytem
x(t)
t1 y(t)
t2
1 Signal and System
1.6.4 Stability
x[n]
Discrete-time y[n]
System
SISO system
MIMO system?
1 Signal and System
1.5.1 Simple Example of systems
Example 1.8:
RC Circuit in Figure 1.1 : Vc(t) Vs(t)
Memoryless system: It’s output is dependent only on the input at the same time. Features: No capacitor, no conductor, no delayer.
Examples of memoryless system: y(t) = C x(t) or y[n] = C x[n]
Representation of System: (1) Relation by the notation
x(t) L y(t)
x[n] L y[n]
1 Signal and System
(2) Pictorial Representation
x(t) Continous-time
System
信号与系统SignalsandSystemsppt课件
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
一、基本信号的MATLAB表示
% rectpuls
t=0:0.001:4; T=1; ft=rectpuls(t-2*T,T); plot(t,ft) axis([0,4,-0.5,1.5])
rand
产生(0,1)均匀分布随机数矩阵
randn 产生正态分布随机数矩阵
四、数组
2. 数组的运算
数组和一个标量相加或相乘 例 y=x-1 z=3*x
2个数组的对应元素相乘除 .* ./ 例 z=x.*y
确定数组大小的函数 size(A) 返回值数组A的行数和列数(二维) length(B) 确定数组B的元素个数(一维)
0.3
0.2
0.1
function [f,k]=impseq(k0,k1,k2) 0
-50 -40 -30 -20 -10
0
10 20 30 40 50
%产生 f[k]=delta(k-k0);k1<=k<=k2
k=[k1:k2];f=[(k-k0)==0];
k0=0;k1=-50;k2=50;
[f,k]=impseq(k0,k1,k2);
已知三角波f(t),用MATLAB画出的f(2t)和f(2-2t) 波形
《信号与系统》郑君里教学课件讲义
(4)19世纪末,人们研究用电磁波传送无线电信号。 赫兹(H.Hertz)波波夫、马可尼等作出贡献。1901年 马可尼成功地实现了横渡大西洋的无线电通信。
(5)光纤通信 从此,传输电信号的通信方式得到广泛应用和迅速发展。 如今:(1)卫星通信技术为基础“全球定位系统(Global Positioning System, 缩写为GPS)用无线电信号的传输, 测定地球表面和周围空间任意目标的位置,其精度可达 数十米之内。 (2)个人通信技术:无论任何人在任何时候和任何地方 都能够和世界上其他人进行通信。 (3)“全球通信网”是信息网络技术的发展必然趋势。 目前的综合业务数字网(Integrated Services Digital Network,缩写为ISDN),Internet或称因特网,以及其他各 种信息网络技术为全球通信网奠定了基础。
信号与系统
郑君里
教学课件
1、教材:信号与系统 郑君里 杨为理 应启珩编 2、信号与系统 Signals & Systems ALAN V.OPPENHEIM ALANS. WILLSKY 清华大学出版社(英文影印版) (中译本)刘树棠 西安交通大学出版社 3、信号与系统例题分析及习题 乐正友 杨为理 应启珩编 4、信号与系统习题集 西北工业大学
5. 系统的分类
系统可分为物理系统与非物理系统,人工系统以及自 然系统。 物理系统:包括通信系统、电力系统、机械系统等; 非物理系统:政治结构、经济组织、生产管理等; 人工系统:计算机网、交通运输网、水利灌溉网以及 交响乐队等; 自然系统:小至原子核,大如太阳系,可以是无生命 的,也可是有生命的(如动物的神经网络)。
4.信号、电路(网络)与系统的关系
离开了信号,电路与系统将失去意义。
1信号与系统英语课件
| 信
号 与
系
统
电 子
与
信
息
罗
学
劲
院
洪 薛 洋
What is a System
| 信
A System is formally defined as an entity that manipulates 号 one or more signals to accomplish a function, thereby 与 yielding new signals.
号
1 xo (t ) [ x(t ) x(t )] 2
与
系
统
电 子
与
信
息
罗
学
劲
院
洪 薛 洋
EX3:
x(t )
2 1 -2 -1 0 1 2
| 信
t
-2
xe (t )
1 0 2
xo (t )
1 -1
-1 1
号
t
t与
系
统
电 子
与
信
息
罗
学
劲
院
洪 薛 洋
| 信 1.continuous-time complex exponential and sinusoidal signals
t2
| 信
号 与
t1
| x(t ) |2 dt
n2
Over the time interval [n1,n2], the total energy of x[n] is:
E=
n n1 2 | x [ n ] |
系
2
Definitions 能量信号
E lim x(t ) dt E lim n
信号与系统课件(英文)
or
{ak }
x(t ) ak
are called Fourier Series coefficients or spectral coefficients of .
FS
x(t )
3 Fourier Series Representation of Periodic Signals 1 (t ) Note:About orthogonality
e
e
j 0t
,e
j 0t
: Fundamental components
j 20t
,e
j 20t
: Second harmonic components
e
jN0t
,e
jN 0t : Nth harmonic components
So, arbitrary periodic signal can be represented as ( Fourier series )
e
jk 0T1
]
3 Fourier Series Representation of Periodic Signals
sin k0T1 sin k0T1 ak 2 k0T k
(3.44)
0T 2
1 a0 T
2T1 dt T T1
T1
So,Fourier Series Representation of
Discrete time LTI system:
x[n] ak zk
k 1
N
n
y[n] ak H ( zk ) zk
k 1
N
n
H ( z)
3 Fourier Series Representation of Periodic Signals Example 3.1
信号与系统英文课件
3.2 The Response of LTI Systems to Complex Exponentials
From this example, we see that if an input applied to an LTI system is a linear combination of complex exponentials, then the corresponding output response is also a linear combination of the same complex exponentials. sk t y(t ) ak H (sk )e sk t x(t ) ak e
k k
x[n] ak zk
k
n
y[n] ak H ( zk ) zk
k
n
3.2 The Response of LTI Systems to Complex Exponentials
If the input is a linear combination of sinusoids, then the output response is also a combination of the same sinusoids.
Conclusion: for an LTI system, if the input signal is a complex exponential, then the output response is the same complex exponential modified by H(s).
Compare it with y (t ) e H ( s)
《信号与系统》第五章基本内容示例(含答案)
对比,得 a = −5, b = −6, c = 6 (1 分)
3.
解:设 f (t) F(s), yzs (t) Y (s), g(t) G(s) ,可得
G(s) = 1 − 1 + 2 ,Y(s) = 1 − 2 + 3
s s+2 s+3
s +1 s + 2 s +3
又由 (t) 1 (1 分),因此 s
正确答案的序号填在括号内。)
1、指出下面哪个说法是正确的,__________。
A. 线性时不变系统零状态响应的象函数等于系统函数与激励的象函数的乘积。 B. 在零状态条件下,元件的 s 域模型中,描述动态元件(L、C)初始状态的内部象
电源全为零,这时网络的 s 域模型与原电路形式与电路参数都完全相同。
Z1 ( s )
=
1 sC1
•
(R2
+
1 sC2
12、______变换是分析线性连续系统的有力工具,它将描述系统的时域微积分 方程变换为 s 域的______方程,便于运算和求解。(____)
A、傅立叶、微分 C、积分、代数 E、拉氏、代数 G、代数、积分
B、代数、微分 D、傅立叶、差分 F、代数、代数 H、拉氏、积
13、已知两个子系统的系统函数分别为 H1(s), H2 (s) ,则由这两个子
)
A.
B.-10
C. -11
D.1
3.因果系统转移函数 H (s) 的零极图如下图所示,此系统属于( )系统。
A.临界稳定的
B.不稳定的
j
C.无法判断稳定性 D.稳定的
-1 -1/2 0
4. 单边拉氏变换象函数 F(s)的收敛坐标σ< 0,则其收敛坐标在虚轴以左,在 这种情况下,___________________________。(____) A、 F(s)式在虚轴上不收敛,因此不能直接计算其傅里叶变换 B、F(s)式中,令 s=jω,就得到相应的傅里叶变换 C、 F(s)式在虚轴上收敛,但也不能直接计算其傅里叶变换 D、函数 f(t)的傅里叶变换不存在
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N → ∞ periodic
aperiodic
for a d-t periodic signal x% [n] , we have
the discrete-time Fourier series pair:
[ ] ∑ x% n =
② Are there convergence issues
associated with
∫ x [n] = 1 X ( e jω )e jωndω ?
2π 2π
NO!
Because the integral in this equation is
over a finite interval of integration.
Example 5.1(p362) x [n] = anu[n] , a < 1
∑ [ ] ∑( ) ∞
X ( e jω ) = anu
n= −∞
∞
n e− jωn =
n=0
ae− jω
n
=
1−
1 ae− jω
Where X ( e jω ) is a complex function
Magnitude:
Ch5 The Discrete-Time Fourier Transform 第5章 离散时间傅立叶变换
V Abbreviations(缩写):
1. CFS :The Continuous-Time Fourier Series ——连续时间傅立叶级数
2. DFS :The Discrete-Time Fourier Series ——离散时间傅立叶级数
x[n] = e jω0n
In c-t time, we saw ( ) e jω0t ↔ 2πδ ω − ω0
(Note the d-t Fourier transform must be periodic
in ω with 2π )
∞
∑ Therefore, we expect e jω0n ↔ 2πδ(ω − ω0 − 2π k)
X(
e
jω
)
=
sin(
2N1 +
ω
1)ω
2
sin
2
Example 5.4(p367)
δ [n]
x [n] = δ [n]
1
n
0
∞
∑ [ ] X(e jω ) = x n e− jωn = 1
n=−∞
X(e jω )
1
−π 0
ω
π
5.1.3 Convergence Issues associated with the Discrete-Time Fourier Transform(p366) (离散 傅里叶变换的收敛问题)
X (e j(ω +2π ) ) = X (e jω )
2) the finite interval of integration in the synthesis equation.
¾In discrete-time ,
Low frequencies are the values of ω near even multiple of π ;
lim Nak
N →∞
X(e jω)
∑ [ ] ∞
X( e jω)=
x n e − jω n
n = −∞
discrete-time Fourier transform
Compare X(e jω)with ak , we have
ak
=
1 N
X (e jω ) ω=2π k N
=
1 N
X(e jkω0 )
Example 5.3(p365)
x
[n]
=
⎧1, ⎨⎩0,
n ≤ N1 n > N1
∑ X ( e jω
)=
N1
e − jω n
n=− N1
=
sin(
2
N
1
+
1
)
ω
2
sin ω
2
Real and even sequence
N1 = 2
Real and even function
①Compare with the corresponding periodic square wave signal
1. Development of the Discrete-Time Fourier Transform (离散时间傅立叶变换 的导出);
2. Basic Fourier Transform Pairs (常用信 号的离散时间傅立叶变换对);
3. The Fourier Transform for Periodic Signals (离散时间周期信号的傅立叶变换);
[ ] ∫ x n = 1
−∞
X ( e jω )e jωndω
2π 2π
discrete-time Fourier transform pair
9Differences between the c-t and d-t Fourier transform :
1) periodicity of the discrete-time transform X ( e jω )
4. Properties of the Discrete-Time Fourier Transform (傅立叶变换的性质);
5. The frequency response and frequency-domain methods for discrete-time signals and systems (离 散系统的频率响应与频域分析方法);
high-frequency signal
−1 < a < 0
Example 5.2 (p364) x [n] = a n , a < 1
x[n] = [ a−nu −n−1] + anu[n]
−1
∞
∑ ∑ X ( e jω ) =
a − ne − jω n + a ne − jω n
n = −∞
5.0 Introduction
Analytical objects : aperiodic discretetime signals and systems Analytical methods: (similar to CTFT) 1)An aperiodic d-t signal can be viewed a periodic d-t signals with an infinite period. 2)As the period becomes infinite, the discrete-time Fourier series representation becomes the discrete-time Fourier transform .
X ( e jω
)
=
sin(
2N1
+
1
)
ω
2
ω
sin
2
ak
=
1 N
sin
π
N
k( 2N1
π
+1)
,
sin k
N
so
ak
=
1 N
X ( e jω ) ω = 2π k N
②Compare with the corresponding c-t aperiodic square wave signal
X( jω ) = 2T1 sinωT1 ωT1
n=0
∞
∞
∑ ∑ = a ne jωn + a ne − jωn
n=1
n=0
=
ae jω 1 − ae jω
+
1
−
1 ae −
jω
=
1− a2
1 + a2 − 2a cos ω
Low-frequency signal
0<a<1
Real and even function
Real and even sequence
j 2π kn
ake N ,
k =< N >
∑ [ ] ak
=
1
x%
N n=<N>
n
− j 2π kn
eN
∑ [ ] ∑ [ ] so
Nak =
N /2
x%
− j 2π kn
ne N =
+∞
x
− j 2π kn
ne N
n=− N / 2
n = −∞
as N → ∞ , 2π k → ω
N
Define:
∫ ( ) We approximate x[n] by xˆ [n] =
1
+W
X
e jω
e jωndω
2π −W
δ [n]
5.2 The Fourier Transform For Periodic Signals(p367)(周期信号的离散傅里叶变换)
9consider the Fourier transform of the sequence
of as a linear combination of complex
exponentials infinitesimally close in
frequency and with amplitudes 1 X( e jω )dω 2π
结论:
∞
∑ [ ] X ( e jω ) = x n e− jωn