信号系统
信号与系统知识点归纳
周期信号的频谱是离散的，由一系列频率分量组成，每个 分量对应一个傅里叶系数。
幅度谱和相位谱
幅度谱表示各频率分量的幅度大小，相位谱表示各频率分 量的相位信息。
非周期信号频谱分析
傅里叶变换
将非周期信号表示为一系列复指数函数的积分，即 $F(omega) = int_{-infty}^{infty} f(t) e^{jomega t} dt$，其中 $F(omega)$ 是信号的频谱。
单位样值信号
在某一时刻取值为1，其余时 刻为0的信号。
正弦型信号
形如sin(ωn)或cos(ωn)的周期 性信号，其中ω为角频率。
复杂指数型信号
形如ean的形式，其中a和ω为 常数，n为离散时刻。
离散时间信号频谱分析
离散时间信号的频谱
通过傅里叶变换将离散时间信号从时域转换 到频域，得到信号的频谱。
信号分类
根据信号的性质和特征，信号可以分 为多种类型，如连续时间信号和离散 时间信号、周期信号和非周期信号、 能量信号和功率信号等。
系统定义及性质
系统定义
系统是一个由输入信号激励、内部含有某种变换关系、并能产生输出信号的物理装置或算法。在信号处理中，系 统通常表示为对输入信号进行某种变换或处理的过程。
周期信号的频谱
周期信号可以表示为无穷级数，其频谱由傅 里叶系数确定。
非周期信号的频谱
非周期信号的频谱是连续的，可以通过傅里 叶变换求得。
信号的能量和功率谱
能量信号和功率信号的频谱特性不同，分别 对应能量谱和功率谱。
离散时间系统响应
线性时不变系统的响应
线性时不变系统对输入信号的响应具有叠加性和时不变性。
卷积和运算
线性时不变系统的响应可以通过输入信号与系统单位样值响应的卷积 和求得。
信号与系统：系统的特性和分类
重要性
频率响应是信号处理和控 制系统设计中的重要概念， 决定了系统对不同频率信 号的处理能力。
频率响应的特性
线性性
时不变性
频率响应是系统的线性特性，与输入信号 的大小无关，只与输入信号的频率有关。
频率响应不随时间变化，即系统对不同时 刻的输入信号具有相同的频率响应特性。
频域分析法
总结词
将信号转换为频域进行分析
VS
详细描述
频域分析法是将信号从时间域转换到频率 域进行分析的方法。通过傅里叶变换等数 学工具，将信号分解为不同频率的分量， 从而分析系统的频谱特性和频率响应。频 域分析法广泛应用于信号处理、通信和控 制系统等领域。
能量域分析法
总结词
研究系统能量特性的方法
平坦度
带宽
指系统在某一频率范围内频率响应的变化 程度，平坦度越好，系统性能越稳定。
指系统能够处理的最高和最低频率范围， 反映了系统对高频和低频信号的处理能力 。
频率响应的应用
滤波器设计
通过调整滤波器的频率响应，实现对特定频率范 围的信号进行增强或抑制。
音频处理
在音频处理中，通过对声音信号的频率响应进行 调整，可以实现声音的均衡、降噪等效果。
03
CHAPTER
系统的分类
线性时不变系统
线性
系统的输出与输入成正比关系， 满足叠加原理。即如果输入信号 是两个或多个信号的和，那么输 出信号也是相应的和。
时不变
系统的特性不随时间变化，即系 统在不同时刻的响应具有相同的 特性。
非线性系统
非线性：系统的输出与输入不成正比关系，不满足叠加原理。即如果输入信号是两 个或多个信号的和，那么输出信号不一定是相应的和。
信 号 系 统
信号系统
1.2 信号系统设备 2.计轴器
（1）计轴器的工作原理
计轴器利用轮轴传感器、计数器来记 录和比较驶入及驶出轨道区段的轴数，以 此来确定轨道区段的占用和空闲。在轨道 区段的始端和末端各有一个传感器，当车 轮进入始端轮轴传感器的作用区时，传感 器发出电脉冲信号给计数器，开始进行加 轴运算。
信号系统
ATP的研制阶段。 第三阶段——发展阶段。
信号系统
1.1 认知信号系统 2.信号系统的功能
联锁的基本内容如下：
（1）联锁 及其实现
信号系统
1.1 认知信号系统 2.信号系统的功能
（2）闭塞 及其实现
两站之间的线路称为区间，通常区间分为若干个闭塞分 区。列车在区间内运行时，必须保证运行前方闭塞分区空闲， 而且必须杜绝其对向和同向同时有列车运行的可能，即必须从 列车的头部和尾部进行防护。这种为确保列车在区间内安全运 行而采取一定措施的方法称为行车闭塞法，简称闭塞。用以实 现闭塞功能的设备称为闭塞设备。在双线单方向上运行时，闭 塞功能主要是保证列车之间的安全间隔。
信号系统
1.1 认知信号系统 2.信号系统的功能
（4）行车 调度指挥 及其实现
行车调度指挥主要包括列车跟踪、列车运行实迹 的自动记录、时刻表管理、自动排列选路、列车运行 自动调整，这些都由ATS子系统实现。
信号和系统
t
ht
H
二．阶跃响应 1．定义
系统在单位阶跃信号作用下的零状态响应，称为单位阶跃响 应，简称阶跃响应，一般用g(t)表示。
ut
gt
H
系统的输入 e(t)=u(t) ，其响应为 r(t)=g(t) 。系统方程 的右端将包含阶跃函数u(t) ，所以除了齐次解外，还有特解项。
我们也可以根据线性时不变系统特性，利用冲激响应与阶 跃响应关系求阶跃响应。
f (t) (t)dt f (0)
f (t) (t t0)dt f (t0)
2、δ(t) 的尺度变换
(at) 1 (t)
a
(at t0)
1 a
(t t0 )
a
f (t) (at)dt 1 f (0)
a
f (t) (at t0 )dt
Hale Waihona Puke 1 af (t0 ) a
这里 a 和 t0为常数，且a0。
y(t) e2t 3 yx (t) y f (t) (2e2t 4et ) (e2t 4et 3)，t 0
强迫响应
自由响应
零状态响应 零输入响应
2.2 冲激响应和阶跃响应
一．冲激响应 1．定义 系统在单位冲激信号δ(t) 作用下产生的零状态响
应，称为单位冲激响应，简称冲激响应，一般用h(t)表
2、冲激函数匹配法 目的： 用来求解初始值，求（0＋）和（0－）时刻值 的关系。 应用条件：如果微分方程右边包含δ（t）及其各阶导 数，那么（0＋）时刻的值不一定等于（0－） 时刻的值。 原理： 利用t＝0时刻方程两边的δ（t）及各阶导数 应该平衡的原理来求解（0＋）
三、零输入响应和零状态响应 1、定义： （1）零输入响应：没有外加激励信号的作用，只有起始状态所产生的响应。 （2）零状态响应：不考虑起始时刻系统储能的作用，由系统外加激励信号所
信号与系统基本概念
(1)
o t0
t
(t)(t
t0 )dt 0, (t
1 t0 )
31
冲激函数的性质
为了信号分析的需要，人们构造了 t 函数，它属于广 义函数。就时间 t 而言， t 可以当作时域连续信号处
理，因为它符合时域连续信号运算的某些规则。但由于
t 是一个广义函数，它有一些特殊的性质。
1．抽样性 2．奇偶性
41
系统方框图（基本元件）
1.加法器 e1t
r t
e1t r t
2.乘法器
e2 t e1 t
e2 t
e2t rt e1t e2 t
r t
rt e1t e2 t
3.微分器
et
d
r t
d
rt de(t)
dt
4.积分器
et
rt
t
r(t) e( )d
42
§1.6 线性时不变系统
线性系统与非线性系统
线性系统：指具有线性特性的系统。
线性:指均匀性，叠加性。
均匀性(齐次性)：
et rt ket krt
叠加性：
e1(t ) e2 (t )
r1 r2
(t) (t )
e1(t )
e2
(t)
r1(t )
r2
(t
)
43
判断方法
先线性运算，再经系统＝先经系统，再线性运算
若 HC1 f1t C2 f2t C1H f1t C2H f2t
(t)具有筛选f (t)在t 0处函数值的性质 (t t0 )具有筛选f (t)在t t0处函数值的性质 33
奇偶性
(t) (t)
•由定义2，矩形脉冲本身是偶函数，故极限
信号与系统的基本知识
04 信号与系统的分析方法
时域分析法
时间波形分析
01
直接观察信号的时域波形，了解信号的基本特征和变化规律。
相关分析
02
研究信号自身或信号之间的相似性，用于信号检测、识别和提
取有用信息。
卷积积分
03
描述线性时不变系统对输入信号的响应，用于求解系统的零状
态响应。
频域分析法
频谱分析
将信号分解为不同频率的正弦波， 研究信号的频率成分和幅度、相 位随频率的变化规律。
02
周期信号的判定
03
周期信号的频率
一个信号是否是周期的，可以通 过观察其波形是否在一定时间后 重复出现来判断。
周期信号的频率是指单位时间内 信号重复的次数，与周期成倒数 关系。
信号的奇偶性
奇信号的定义
奇信号是指对于任意时刻t，都有f(-t) = -f(t) 的信号。
偶信号的定义
偶信号是指对于任意时刻t，都有f(-t) = f(t)的信号。
生物系统建模与仿真
信号与系统的方法可用于建立生物系统的数学模型，并通过计算机 仿真研究和理解生物系统的复杂行为。
其他领域中的信号与系统
01
语音与音频处理
在语音和音频处理领域，信号与系统理论用于声音的采集、编码、合成
和分析等方面。
02
图像处理与计算机视觉
图像处理和计算机视觉中涉及大量的信号与系统方法，如图像滤波、边
05 信号与系统的应用举例
通信系统中的信号与系统
信号传输与处理
在通信系统中，信号与系统理论用于分析和设计信号的传输、调制、 编码和解码等过程，以确保信息的可靠传输和高效处理。
信道建模与均衡
通信系统中的信道往往存在多径效应、衰落和干扰等问题，信号与 系统理论可用于建立信道模型，设计均衡算法以补偿信道失真。
信号系统原理及组成
信号系统原理及组成
信号系统是指将信息从输入端传送到输出端的系统，被广泛应用于各种通信领域、自动控制领域及数字信号处理领域等。
其基本原理是将原始信号经过一定的处理方式，包括采集、处理、传输和重建等步骤，在保证信息传输准确性的同时，达到提高信号质量和降低信噪比的目的。
信号系统的组成包括以下几个方面：
1.信号源
信号源是信号系统的输入端，它产生信号并将其引入系统进行处理。
信号源可以是各种物理和化学过程的输出信号，如声波、电子信号、光电信号等。
2.传感器
传感器是将物理变量（如温度、压力、光强等）转化为电子信号，作为信号源的一种形式。
传感器广泛应用于各种自动控制系统、环境监测系统中，常用的传感器有温度传感器、压力传感器、光电传感器等。
3.信号处理器
信号处理器是对信号源或传感器输出的原始信号进行加工处理的装置。
它主要包括采样、滤波、放大、调制等多种处理方式，以提取信号的特征信息，为信号传输和解调做好准备。
4.信号传输通道
信号传输通道是信号源、传感器和信号处理器之间传递信息的物理介质，例如电线、光纤等。
其作用是将经过信号处理器处理后的信号准确传输到需要的地方，以达到远程控制、通讯等目的。
5.信号重建器
信号重建器是对经过信号传输通道传输的信号进行解调、解码、降噪等处理后，将其恢复到原始信号形态的设备。
它的作用是将原始信号重构出来，确保恢复的信号质量准确无误。
总之，信号系统能够有效地处理各种输入信号，提取相关的特征信息，再通过信号传输通道传输到指定地方，再经过合理的解调、解码处理，实现信号重构，是现代通信、信号处理和自动控制领域不可或缺的一部分。
信号与系统
1.信号、信息、系统信号是随时间变化的物理量，消息是带传送的一种以收发双方事先约定的方式组成的符号，如语言、文字；信息是所接收到的未知内容的消息，即传输的信号是带有信息的。
信号是消息的表现形式，消息是信号的具体内容。
系统：若干相互关联的事物组合而成，具有特定功能的整体2.奇异信号函数本身有不连续点或其导数或积分有不连续点的叫做奇异函数，单位冲击单位阶跃3.能量信号和功率信号能量信号：信号能量非零有限，平均功率为0,。
持续时间有限的确定信号功率信号：信号能量无限，平均功率非零有限。
直流，周期，随机信号4.因果信号和非因果信号因果：仅在自变量正半轴区间，取非零值，物理可实现5.系统的特性记忆/无记忆：对自变量的每一个值，系统的输出仅取决于该时刻的输入，则为无记忆。
可逆性：不同输入，导致不同输出，则为可逆系统因果性：因果系统任何时刻的输出只取决于现在的输入和过去的输入。
t＜0,h（t）=0稳定性：输入有界输出有界时不变特性：系统特性不随时间改变线性：叠加性，齐次性6.线性时不变系统线性：齐次性、可加性时不变：输出仅与输入有关，与状态无关7.起始状态、初始状态起始状态：零输入状态，指系统在激励信号加入前的状态初始状态：指系统在激励信号加入之后的状态起始状态是系统中储能元件储能的反映8.零输入响应、零状态响应零输入响应：系统输入为0，由起始状态所产生的响应，或者将之等效为电压源或者电流源即等效输入信号所产生的。
零状态响应：系统起始无储能，系统响应只由外加信号产生，线性性质：系统的响应是二者响应之和。
9.冲击响应、阶跃响应冲击响应与阶跃响应都属于零状态响应。
冲击响应：是系统在单位冲击信号激励下的响应，可以确定系统的因果性和稳定性。
冲击响应等于阶跃响应的导数，阶跃响应等于冲击响应的积分。
求法：先写出系统的微分方程，在求齐次解，再根据特征方程得到通解，根据初始条件得到系数。
10.卷积积分意义定义：在连续时间系统中，利用卷积的方法求系统的零状态响应。
信号与系统知识点总结
信号与系统知识点总结一、信号与系统概念1. 信号的基本概念信号是指传输信息的载体，可以是任意形式的能量，例如声音、图像、视频等。
信号分为连续信号和离散信号两种类型。
连续信号是指在任意时间范围内都有定义的信号，离散信号是指只在某些离散点上有定义的信号。
2. 系统的概念系统是指对输入信号进行处理并产生输出信号的过程。
系统分为线性系统和非线性系统两种类型。
线性系统满足叠加原理和齐次性质，而非线性系统不满足这两个性质。
3. 信号与系统的分类信号与系统可以按照不同的分类方式进行划分。
例如，按时间域和频率域可以将信号和系统分为时域信号和系统以及频域信号和系统。
二、时域分析1. 时域中的基本概念在时域中，信号经常被表示为在时间轴上的波形。
对信号进行时域分析，可以揭示信号的变化规律和特征。
例如，信号的幅度、频率、相位等特征。
2. 时域信号的表示时域信号可以分为连续信号和离散信号两种类型。
连续信号通常可以由函数来表示，而离散信号则可以用序列或数组来表示。
3. 线性时不变系统线性时不变系统是指系统具有线性和时不变两个性质。
线性性质意味着系统满足叠加原理和齐次性质，时不变性质意味着系统的响应与输入信号的时移无关。
三、频域分析1. 傅里叶变换傅里叶变换是将信号在时域中的表示转换为频域中的表示的数学工具。
它可以将信号转换为频谱，揭示信号的频率成分和能量分布。
傅里叶变换分为连续傅里叶变换和离散傅里叶变换两种。
2. 滤波器的频域特性滤波器可以用来对信号进行频域处理。
常见的滤波器包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。
滤波器对不同频率成分的信号有不同的响应，能够用来滤除不需要的频率分量，或者突出需要的频率分量。
3. 抽样定理抽样定理是指在进行模拟信号的离散化表示时，需要保证抽样率足够高，以避免混叠失真。
根据抽样定理，模拟信号进行离散化表示的采样频率需要大于信号最高频率的两倍。
四、系统响应分析1. 系统的时域响应系统的时域响应是指系统对输入信号的时域响应。
信号与系统全套课件
解答
f (t)
f (t 5)
1
时移
1
1 O 1 t 尺度 变换
f (3t)
6 5 4
t 尺度 O 变换
f (3t 5)
1 t
1O 1
33
时移
1 t
2 4 3
1.4.2 信号的变换
平移、展缩、反折相结合举例
例 已知f (t)如图所示，画出 f(-2t-4)。 解答
右移4，得f (t–4)
反转，得f (-2t–4)
1.4.2 信号的变换
2.信号的平移
将 f (t) → f (t–t0) ，称为对信号f (t)的右移
f (t) → f
其中，t0 >0
如
(t +t0)， 称为对信号f t → t–1右移
(t)的左移
f (t-1)
1
f (t) 1
o1 2 t
o1 t
t → t+1左移
雷达接收到的目标回波信号就是平移信号。
1.2.2 信号的分类
1. 确定信号和随机信号
•确定性信号 可用确定的时间函数表示的信号。
对于指定的某一时刻t，有确定的函数值f(t)。
•随机信号
取值具有不确定性的信号。 如：电子系统中的起伏热噪声、雷电干扰信号。
•伪随机信号 貌似随机而遵循严格规律产生的信号（伪随机码）。
1.2.2 信号的分类
f (t)
2
1
4
－ 4 － 3 － 2－ 1 0 1 2 3
t
－1
－2
f (t) 2 1 － 4 － 3 － 2－ 1 0 1 2 3 4 t
(a)
(b)
图5 确定性信号与随机信号
信号与系统知识点汇总总结
信号与系统知识点汇总总结一、信号与系统概念1. 信号的定义和分类2. 系统的定义和分类3. 时域和频域分析二、连续时间信号与系统1. 连续时间信号与系统的性质2. 连续时间信号的基本操作3. 连续时间系统的性质4. 连续时间系统的特性方程和驻点三、离散时间信号与系统1. 离散时间信号与系统的性质2. 离散时间信号的基本操作3. 离散时间系统的性质4. 离散时间系统的特性方程和驻点四、傅里叶分析1. 傅里叶级数2. 傅里叶变换3. 傅里叶变换的性质4. 傅里叶变换的逆变换五、拉普拉斯变换1. 拉普拉斯变换的定义2. 拉普拉斯变换定理3. 拉普拉斯变换的性质4. 拉普拉斯变换的逆变换六、Z变换1. Z变换的定义2. Z变换的性质3. Z变换与拉普拉斯变换的关系4. Z变换在离散时间系统分析中的应用七、系统的时域分析1. 系统的冲击响应2. 系统的单位脉冲响应3. 系统的阶跃响应4. 系统的时域性能指标八、系统的频域分析1. 系统的频率响应2. 系统的幅频特性3. 系统的相频特性4. 系统的频域性能指标九、信号与系统的稳定性1. 连续时间系统的稳定性2. 离散时间系统的稳定性3. 系统的相对稳定性十、线性时不变系统1. 线性系统的性质2. 时不变系统的性质3. 线性时不变系统的连续时间性能分析4. 线性时不变系统的离散时间性能分析十一、激励响应系统1. 激励响应系统的特性2. 激励响应系统的连续时间分析3. 激励响应系统的离散时间分析十二、卷积运算1. 连续时间信号的卷积运算2. 离散时间信号的卷积运算3. 卷积的性质和应用结语信号与系统是电子信息专业的重要基础课程，掌握好这门课程的知识对学生日后的学习和工作都有重要的帮助。
通过本文的知识点汇总总结，相信读者对信号与系统这门课程会有更深入的理解和掌握，希望对大家的学习有所帮助。
信号系统原理及组成
信号系统原理及组成
1.信号源：信号源是指产生信号的物理设备或系统，如麦克风、摄像头、传感器等。
信号源的特性决定了信号的类型、形态和频率等参数。
2. 信道：信道是指信号在传输过程中经过的物理媒介，如电缆、光纤、无线电波等。
信道的特性会对信号进行衰减、失真和噪声干扰等影响，因此信道的选择和设计非常关键。
3. 信号处理器：信号处理器是指对信号进行预处理、滤波、放大、调制解调等处理的电路或系统，包括模拟信号处理器和数字信号处理器两种。
4. 信号检测器：信号检测器是指对接收到的信号进行检测和解码的电路或系统，例如解调器、解码器等。
5. 信息终端：信息终端是指最终将处理后的信号转换为需要的信息的设备或系统，如扬声器、显示器、计算机等。
信号系统的设计和优化需要综合考虑以上各个组成部分的特性
和要求，以达到预期的信号传输质量和信息处理效果。
- 1 -。
信号与系统概述
2
0
图1-17 门信号
2
t
4.符号函数
1 sgn (t ) 1
t 0 t 0
sgn
(t)
1
t
0
1
图1-18 符号函数
5.抽（取）样信号
sin t Sa(t ) t
Sa(0)=1 Sa(t)=0 t=± nπ ,n=1,2,3…
Sa (t ) 1
3
f (t)
1
f (t)
2
1
1
1 t t t 0 0 t2
t1 0
（a）有始信号
（b）因果信号
（c）有终信号
f (t )
5
f (t)
4
f (t)
6
1 t 0
1
t 0 t1 t2
0
t
（d）反因果信号 （e）时限信号
（f）无时限信号
图1-7 信号按所占时间范围分类
1.1.3信号的运算 p25
1 2 3 4 5 6
f[k]
7 7
6 5 5 4 4 3 3
2
1
1
1
k
0 1 2 3 4 5 6
图1-4 离散信号
3．周期信号和非周期信号
满足f(t)=f(t-T)的信号称为周期信号，其中最 小的正T 称为周期。波形周期性重复。周期T （秒）或(s) ，
2 角频率 （弧度/秒）或（rad/s）， T 2 频率 f （赫兹）或（Hz）。 T
t 0
（d）
0
t
（e）
图1-2
随机信号
2．连续时间信号和离散时 间信号
除第一类间断点外，处处有定义 的信号称为连续时间信号。 （如图1—3所示）
2、信号系统资料
1 BE1-600/25 4
2 5
1
2
ZP.DFG-D
4
5
室外
1
2
ZP.DFG-D
4
5
1
2
ZP.DFZ1-D
3
4
室内
1
2
ZP.DFZ1-D
3
4
A30 A24
A32
A32 A10 FS A6
DYZ M.QFD-650 DYF
A20
C6
低频 信息 编码 条件
1
11
ZP.QS1
8 18 20 10
1 3 2 11
• 失调角β：轨道继电器轨道线圈上电压实际相位与理想相位 （90°）的差值。
l 有效电压：经轨道传输后加在轨道继电器轨道线圈上的电 压，其电压除以COSβ的值称为有效电压。
l 25Hz轨道电路的测试
（1）失调角β：0º～35°。
（2）调整状态最不利条件下，轨道继电器电压：15V～18 V 有效值。
三、50 Hz和25 Hz轨道电路叠加电码化介绍
1、非电化50Hz交流连续式（480）轨道 电路预叠电码化
包括非电化50Hz交流连续式轨道电路预 叠多信息电码化、非电化50Hz交流连续式轨 道电路预叠加ZPW－2000（UM系列、MPB2000G）电码化、非电化50Hz交流连续式轨 道电路叠加ZPW-2000A闭环电码化等。
MGL－F MGL－R MGFL-T
外形尺寸（长×宽×高） 300mm×100mm×155mm 202mm×116mm×202mm 282mm×100mm×155mm 120mm×80mm×170mm 180mm×90mm×165mm 282mm×100mm×155mm
第一章第4讲 信号与系统
t
的波形， 的波形。 的波形 例3： 已知 的波形，试画出 ： 已知f(t)的波形 试画出f(1-2t)的波形。
f(t) 1 0 1 2 3 t -1
翻转
绕 t=0 时移 时移
翻转
u(t+1)
左1
u(t)
u(-t+1) =u[-(t-1)] u(-t) 1
右1
u(-t) u(t)
绕 t=0
u(t)
u(-t+1) 1 0 1 t 0
1 t 0 t
注意：一切变换都是基于t而变换！ 注意：一切变换都是基于t而变换！
3.信号的展缩 信号的展缩
f (t)=sint 2π t 0
t
0
2
4
t
注意：信号的展缩是以原点为参考点！ 注意：信号的展缩是以原点为参考点！
f 例1：已知 (t ) ： f (t )
t f ,画出 2 画出
的波形图。 的波形图。
f (t / 2 )
1 0
(1) 1 2 t
1 0
(2) 2 4 t
f ( t ) = δ ( t − 1);
t t t − 2 f = δ − 1 = δ = 2δ (t − 2 ) 2 2 2 1 单位冲击函数的尺度特 性 δ (at ) = δ (t ) a
b 将其右移 a
反褶： 反褶：
b f [a (t + )] a
,得到 得到f(at) 得到 反褶为
f ( at + b)
城市轨道交通信号系统的定义及作用
信号系统是城市轨道交通自动化系统中的重要组成部分，该系统以安全为核心、 以保证和提高列车运行效率为目标，在保证列车和乘客安全的前提下，通过调节列车 运行间隔和运行时分，实现列车运行的高效和指挥管理的有序。 ➢
1 确保列车运行的安全；
2 提高轨道交通的运行效率；
3 信号系统是轨道交通现代化信息技术综合应用的集中体现。
项目1 城市轨道交通信号系统概述
任务1.1 信号系统的定义及作用
01 信号系统是什么？ 02 信号系统的作用
1.城市轨道交通发展概况。 近年来，地铁和轻轨缓解城市日趋严峻的交通拥 堵问题。值得一提的是 ，高铁的发展给城市间的交通以及 经济繁荣带来了大生命力，特别是磁悬浮轨道技术的应用， 更是体现了当前轨道交通的前沿科技水平和发展趋势。例如， 上海 磁悬浮列车的运行，是我国最新城市轨道交通技术发 展的缩影，生了巨大影响力。
城市轨道交通信号系统是指挥列车运行，保证列车安全，提高运输效率的关键设备。信号 系统通常由列车运行自动控制系统和车辆段信号控制系统两大部分组成，用于列车进路控制 、列车间隔控制、调度指挥、信息管理、设备工况监测及维护管理等，由此构成了一个高效 的综合自动化系统。
图1-1 城市轨道交通信号系统
城市轨道交通信号系统的特点：
2.城市轨道交通信号系统的应用。 交通信号不仅是列车运行的通行证，更是安全运行的指
挥棒。轨道交通要实现安全运行和提高通过能力两大要求， 离不开轨道交通信号的发展和应用。20世纪中叶以来，微电 子技术，信息技术和计算机网络技术等科学技术的发展，给 轨道交通信号技术带来了一场颠覆性革命，城市轨道交通信 号系统(即ATC) 应运而生，它为轨道 交通安全运行和通过 能力的提高发挥了巨大作用。不仅提高了运行效率，同时实 现了列车运行的自动化。
铁路信号系统的工作原理
铁路信号系统的工作原理铁路信号系统是确保铁路运输安全和有效的重要组成部分。
它通过使用信号设备和相关技术，实现列车之间的通信和控制，以及列车运行路线的监控和管理。
在本篇文章中，将介绍铁路信号系统的工作原理以及其中涉及的关键技术。
一、铁路信号系统的基本原理铁路信号系统的基本原理是根据列车运行的状态和位置，向驾驶员和列车之间传递必要的信息，以确保列车行驶在正确的轨道上、与其他列车安全地分离，并遵守规定的速度限制。
在铁路信号系统中，有两个关键的组成部分：信号灯和轨道电路。
信号灯用于向驾驶员发送信息，包括行进允许、减速、停车等指示。
轨道电路则通过感应列车的位置和速度，向信号灯提供准确的信息。
二、信号灯的工作原理信号灯是铁路信号系统中最直观和易于理解的部分。
常见的信号灯有红、黄、绿三种颜色。
红色表示停车，黄色表示减速，绿色表示行进允许。
信号灯的工作原理是通过控制灯的亮灭状态，传递不同的指示信息。
当信号灯亮起红灯时，驾驶员必须停车。
当信号灯亮起黄灯时，驾驶员需减速。
当信号灯亮起绿灯时，驾驶员可以行进。
三、轨道电路的工作原理轨道电路是铁路信号系统中的核心技术之一。
它通过铺设在轨道上的电路，实现对列车位置和速度的感应。
轨道电路工作时，将电流传送到轨道上，形成电路闭合。
当列车进入轨道电路的范围，由于列车本身对电流的阻断作用，轨道电路中的电流会受到影响。
通过监测电流的变化，轨道电路可以确定列车的位置和过程中的速度。
四、信号系统中的传输技术除了信号灯和轨道电路外，信号系统中还涉及到信号的传输和控制。
这主要使用了现代的通信和自动化技术。
在铁路信号系统中，常见的传输技术包括有线通信和无线通信。
有线通信利用电缆或光纤传输信号，确保传输的稳定性和可靠性。
无线通信则通过无线电波传输信号，可以在较大范围内实现列车和信号系统的通信。
另外，信号系统中的控制技术也非常重要。
通过集中控制系统，列车运行和信号灯的操作可以得到协调和管理，确保列车之间的安全间隔，以及正确的行进速度。
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H（jω）
r (t ) 升余弦信号
r (t )
底宽为的升余弦脉冲的表达式为 2 E [1 cos( t )] ( t r(t)= 2 2 2 0 (t为其他值)
其频谱为: w sin( ) E 1 2 R(jw)= 2 w 2 w 1 2 2
理解为各次谐波
群时延特性描述相位无传真： def d ( ) C 常数 d
不产生相位失真的情况下：
t0
d ( ) C 常数 d
在满足信号传输不产生相位失真的情况下，系统 的群时延特性应为常数。
三、信号失真原因分析
1、线性系统的失真——幅度，相位变化， 不产生新的频率成分； 声音信号对此敏感
实际应用中, (t )函数波形无法实现, 用窄脉冲信号来实现,
r (t )
E
E 2
(t )
E 2
H ( j )
0
r (t )
4
2
t
0
2 4
6
w
E
E 2
0
4
2
t
此时,输出信号基本上可近似为升余弦函数.
另外,实际实现时H ( jw)还会包含一定的相移 (w). 意味 : 波形r (t )在时间上会滞后.
E 2
E
E 2
0
4
2
t
R( j )
0
2 4 6
w
取系统函数H ( jw) R( jw) w sin( ) E 1 2 2 w 2 w 1 2 2
即此系统在冲激信号的作用下,即产生升余弦脉冲的输出.
注意：利用H ( jw)来设计系统属于系统设计问题
希望产生特定波形
H ( j )
(t )
R( j )
实际用窄 矩形脉冲
5.3节 无失真传输
（重点）
系统对信号的作用：分两大类
对信号的传输： 要求传输尽量不失真 滤波： 滤去或削弱不需要有的成分， 必然伴随有失真
{
一、无失真传输
1、定义：
输出仅是输入的线性放大和延时，则系统不使输出波形失真
e(t )
H（jω）
r (t )
t
t0
t
即 r (t ) Ke(t t0 )
t
+
e2 (t ) = E2 sin 2w1t
2T
t0
r2 (t )
+
t
kE2 sin 2w1 (t - t0 )
= kE2 sin(2w1t - 2w1t0 )
t
t0
t
e(t ) Em1Sint Em2 Sin2t
r (t ) KEm1Sin(t 1 ) KEm2 Sin(2t 2 )
思考：
信号无失真传输为什么要求系统相频特性 与频率成正比关系？
例： e(t ) = e (t ) + e (t )
1 2
r (t ) = ke(t - t0 )
H（jω）
t
e1 (t ) = E1 sin w1t
T
t0
r1 (t )
t
kE1 sin w (t - t0 ) 1
= kE1 sin(w1t - w1t0 )
包括
{相位失真： 各频率分量产生的相移不与频率成正比，
使响应的各频率分量在时间轴上的相对 位置产生变化。
图像信号对此敏感
幅度失真： 各频率分量幅度产生不同程度的衰减；
2、非线性系统产生非线性失真——产生新的频率成分。
四、利用失真
有意识地利用系统失真进行波形变换： 例如 特定波形的形成 方波变为锯齿波 滤波
KEm1Sin(t
1
1
2
2
t0
1 2 2
) KEm 2 Sin 2(t
2
2
)
——可推广至高次谐波
结论： 为使信号传输时不产生相位失真，信号通过系统 时谐波的相移必须与其频率成正比，即系统的相 频特性曲线应是一条经过原点的直线。
二、群时延概念
= 1,
Hale Waihona Puke 相位响应 j （w）= -tg- 1w- tg- 1w= - 2tg- 1w
即H(jw)= H(jw) e
j j （w）
= 1e
j - 2tg- 1w
j （w）不满足与w成正比关系， 该系统不是无失真传输系统 \
（2）y(t)= H(j1)sin[t+j (1)]+ H(j3)sin[t+j (3)]， -ゥ t
显然这是理想系统
频谱关系： R( j) Ke jt0 E( j)
2、无失真传输条件（对系统提出的要求）
（1）从频域看：对H(j )的要求：
H ( j ) K 即: t 0
即：无失真传输系统应满足的两个条件：
(a) 通频带为无穷大 (b) 相频特性与w成正比
特定波形的形成： 方法： 利用冲激信号作用于系统产生某种特定的波形。
原理：
d(t )
H（jω）
r (t )
要产生特定波形，系统应满足什么条件？
r (t ) = d(t ) * h(t ) = h(t )
\ h(t ) = r (t )
即 H ( j) R( j)
例： 利用冲激信号产生升余弦波形。
（2）从时域看，对h(t )的要求：
几点说明：
●要求幅度特性为与频率无关的常数K，系统的通频 带为无限宽。（实际不可能存在） ●相位特性与 成正比，是一条过原点的负斜率直线。 其中t0为延迟时间
●上述是信号传输的的理想条件，当传输有限带宽的
信号时，只要在信号占有频带范围内，系统的幅频相频 特性满足以上条件即可
例1：(补充)
(1)求系统的幅度响应 H(jw) 和相位响应j （w） 并判断系统是否为无失真传输系统 ，求系统的稳态响应
1 + w2 1+ w
2
1- jw 已知一LTI系统的频率响应为H(jw)= , 1 + jw
（2）当输入为f(t)=sint+sin3t， -ゥ t
1- jw (1) 解： 系统的幅度响应 H(jw) = 1 + jw =