第2章：确定信号的频谱分析
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
b)离散时间信号:在若干时间点上有定义
模拟信号:时间和幅值均为连续的信号
数字信号:幅值可以是连续的，也可以是离 散的。
采样信号:时间为离散的而幅值取连续值
2.1 信号的分类
5 物理可实现信号与物理不可实现信号
a) 物理可实现信号：又称为单边信号，满足条件： b) t＜0时，x(t) = 0，
即在时刻小于零的一侧全为零。
SPECTRUM ANALYZER 9 kHz - 26.5 GHz
0
f
2.2 周期信号的频域分析
一、信号的时域描述和频域描述
时域描述— 测量中以时间为独立变量，一般能反 映信号的幅值随时间变化的状态，不能明确揭示 信号的频率组成成分 。
t — 横坐标；An —纵坐标；
频域描述—测量中以频率为独立变量，可表述信 号的频率结构、各频率成分的幅值和相位关系。
解：两个周期信号x(t)，y(t)的周期分别为T1和T2， 若其周期之比T1/T2为有理数，则其和信号x(t)+y(t) 仍然是周期信号，其周期为T1和T2的最小公倍数。
（1）sin2t是周期信号，其周期为：T1= 2π/ 2= π cos3t是周期信号，其周期为：T2= 2π/ 3
由于T1/T2= 3/2为有理数，故f1(t)为周期信号，其 周期为T1和T2的最小公倍数2π。
2.1 信号的分类
a) 周期信号：经过一定时间可以重复出现的信号 b) x (t) = x (t+nT)
简单周期信号
复杂周期信号
例：单自由度振动系统作无阻尼自有振动位移：
k x(t)x0sin( t
)
m
m
x0,φ0 — 初始条件常数 m — 质量 K — 弹簧刚度
A x(t)
k
1、最简单最常用的周期信号是正弦信号。 2、复杂的周期信号是由频率比为有理数的不同频率的正 弦信号迭加而成.
2 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
值的信号称为能量信号，满足条件：
x2(t)dt
一般持续时间有限的瞬态信号是能量信号。
2.1 信号的分类
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。
T l i m 21T
T x2(t)dt
T
一般持续时间无限的信号都属于功率信号:
2.1 信号的分类
3 时限与频限信号
a) 时域有限信号 在时间段 (t1，t2)内有定义，其外恒等于零．
三角脉冲信号
b) 频域有限信号 在频率区间(f1，f2 )内有定义，其外恒等于零．
正弦波幅值谱
2.1 信号的分类
4 模拟信号与数字信号
a) 连续时间信号:在所有时间点上有定义
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 从信号描述上分
--确定性信号与非确定性信号；
2 从信号的幅值和能量上分 --能量信号与功率信号；
3 从分析域上分 --时域与频域；
2.1 信号的分类 4 从连续性
--连续时间信号与离散时间信号；
5 从可实现性 --物理可实现信号与物理不可实现信号。
信号——传递某个实际系统状态或行为信息的一 种物理现象或过程。其基本表现形式是变化着的 电压或电流。
信息——人类社会、自然界一切事物运动与状态 的特征，是提供判断或决策的一种资料。
关系： 信号是信息的实际载体； 信息则是信号经过处理之后的有用部分。 即： 脱离信息的信号是毫无实际意义的。
机械工程测试技术与信号分析的基本内容 :
准周期信号:由多个周期信号合成，但各信号频率不成 公倍数。如：x(t) = sin(t)+sin(√2t)
瞬态信号:持续时间有限的信号， 如 x(t)= e-Bt . Asin(2πft)
2.1 信号的分类 例1 判断下列信号是否为周期信号，若是，确定其周期。 （1）f1(t) = sin2t + cos3t （2）f2(t) = cos2t + sinπt
x(t)sin0t1 2sin30t1 4sin50t x(t)sin80t3sin100t5sin120t.....
其频率的比为有理数，所以，是周期函数，周期的确定根据 各周期值的最小公倍数来确定。
x(t)sint1sin3t1sin5t 24
2.1 信号的分类 b) 非周期信号：不会重复出现的信号。
2.1 信号的分类
1 确定性信号与非确定性信号
可以用明确数学关系式描述的信号称为确定性
信号。不能用数学关系式描述的信号称为非确定性
信号。
简单周期信号 周期信号
信号
确定性信号
复杂周期信号
瞬变信号 非周期信号
准周期信号
非平稳随机信号 非确定性信号
平稳性随机信号 （随机信号）
各态历经随机信号 非各态历经随机信号
在噪声背景下提取有用信息。
信号分析的经典方法：
1、时域分析
瞬时值，最大值，最小值， 均值，均方值，均方根值等。
1）图形或表达式分析；
2）时域分解；
稳定分量，波动分量
3）相关分析； 4）概率密度分布
信号本身的相似程度 信号之间的相似程度
信号幅值分布
2、频谱分析
幅值谱，相位谱，能量谱，功率谱等
第二章、信号分析基础
2.1 信号的分类
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，先建立信号波形的概念。 信号波形：被测信号的信号幅度随时间的变化历 程称为信号的波形。
波形
2.1 信号的分类
A
0ຫໍສະໝຸດ Baidu
t
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。
2.1 信号的分类
幅频谱 ω— 横坐标；An —纵坐标 相位谱 ω— 横坐标；φn —纵坐标
（2） cos2t 和sinπt的周期分别为T1= π， T2= 2 ，由 于T1/T2为无理数，故f2(t)为非周期信号。
2.1 信号的分类 c)非确定性信号：不能用数学式描述，其幅值、相位 变化不可预知，所描述物理现象是一种随机过程。
噪声信号(平稳)
噪声信号(非平稳)
统计特性变异
2.1 信号的分类
2.1 信号的分类
b) 物理不可实现信号：在事件发生前(t<0)就预制 知信号。
第2章、信号分析基础
2.2 周期信号的频域分析
信号频域分析是采用傅立叶变换将时域信号x(t) 变换为频域信号X(f)，从而帮助人们从另一个角度 来了解信号的特征。
X(t)= sin(2πnft)
傅里叶 变换
0
t
8563A
模拟信号:时间和幅值均为连续的信号
数字信号:幅值可以是连续的，也可以是离 散的。
采样信号:时间为离散的而幅值取连续值
2.1 信号的分类
5 物理可实现信号与物理不可实现信号
a) 物理可实现信号：又称为单边信号，满足条件： b) t＜0时，x(t) = 0，
即在时刻小于零的一侧全为零。
SPECTRUM ANALYZER 9 kHz - 26.5 GHz
0
f
2.2 周期信号的频域分析
一、信号的时域描述和频域描述
时域描述— 测量中以时间为独立变量，一般能反 映信号的幅值随时间变化的状态，不能明确揭示 信号的频率组成成分 。
t — 横坐标；An —纵坐标；
频域描述—测量中以频率为独立变量，可表述信 号的频率结构、各频率成分的幅值和相位关系。
解：两个周期信号x(t)，y(t)的周期分别为T1和T2， 若其周期之比T1/T2为有理数，则其和信号x(t)+y(t) 仍然是周期信号，其周期为T1和T2的最小公倍数。
（1）sin2t是周期信号，其周期为：T1= 2π/ 2= π cos3t是周期信号，其周期为：T2= 2π/ 3
由于T1/T2= 3/2为有理数，故f1(t)为周期信号，其 周期为T1和T2的最小公倍数2π。
2.1 信号的分类
a) 周期信号：经过一定时间可以重复出现的信号 b) x (t) = x (t+nT)
简单周期信号
复杂周期信号
例：单自由度振动系统作无阻尼自有振动位移：
k x(t)x0sin( t
)
m
m
x0,φ0 — 初始条件常数 m — 质量 K — 弹簧刚度
A x(t)
k
1、最简单最常用的周期信号是正弦信号。 2、复杂的周期信号是由频率比为有理数的不同频率的正 弦信号迭加而成.
2 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
值的信号称为能量信号，满足条件：
x2(t)dt
一般持续时间有限的瞬态信号是能量信号。
2.1 信号的分类
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。
T l i m 21T
T x2(t)dt
T
一般持续时间无限的信号都属于功率信号:
2.1 信号的分类
3 时限与频限信号
a) 时域有限信号 在时间段 (t1，t2)内有定义，其外恒等于零．
三角脉冲信号
b) 频域有限信号 在频率区间(f1，f2 )内有定义，其外恒等于零．
正弦波幅值谱
2.1 信号的分类
4 模拟信号与数字信号
a) 连续时间信号:在所有时间点上有定义
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 从信号描述上分
--确定性信号与非确定性信号；
2 从信号的幅值和能量上分 --能量信号与功率信号；
3 从分析域上分 --时域与频域；
2.1 信号的分类 4 从连续性
--连续时间信号与离散时间信号；
5 从可实现性 --物理可实现信号与物理不可实现信号。
信号——传递某个实际系统状态或行为信息的一 种物理现象或过程。其基本表现形式是变化着的 电压或电流。
信息——人类社会、自然界一切事物运动与状态 的特征，是提供判断或决策的一种资料。
关系： 信号是信息的实际载体； 信息则是信号经过处理之后的有用部分。 即： 脱离信息的信号是毫无实际意义的。
机械工程测试技术与信号分析的基本内容 :
准周期信号:由多个周期信号合成，但各信号频率不成 公倍数。如：x(t) = sin(t)+sin(√2t)
瞬态信号:持续时间有限的信号， 如 x(t)= e-Bt . Asin(2πft)
2.1 信号的分类 例1 判断下列信号是否为周期信号，若是，确定其周期。 （1）f1(t) = sin2t + cos3t （2）f2(t) = cos2t + sinπt
x(t)sin0t1 2sin30t1 4sin50t x(t)sin80t3sin100t5sin120t.....
其频率的比为有理数，所以，是周期函数，周期的确定根据 各周期值的最小公倍数来确定。
x(t)sint1sin3t1sin5t 24
2.1 信号的分类 b) 非周期信号：不会重复出现的信号。
2.1 信号的分类
1 确定性信号与非确定性信号
可以用明确数学关系式描述的信号称为确定性
信号。不能用数学关系式描述的信号称为非确定性
信号。
简单周期信号 周期信号
信号
确定性信号
复杂周期信号
瞬变信号 非周期信号
准周期信号
非平稳随机信号 非确定性信号
平稳性随机信号 （随机信号）
各态历经随机信号 非各态历经随机信号
在噪声背景下提取有用信息。
信号分析的经典方法：
1、时域分析
瞬时值，最大值，最小值， 均值，均方值，均方根值等。
1）图形或表达式分析；
2）时域分解；
稳定分量，波动分量
3）相关分析； 4）概率密度分布
信号本身的相似程度 信号之间的相似程度
信号幅值分布
2、频谱分析
幅值谱，相位谱，能量谱，功率谱等
第二章、信号分析基础
2.1 信号的分类
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，先建立信号波形的概念。 信号波形：被测信号的信号幅度随时间的变化历 程称为信号的波形。
波形
2.1 信号的分类
A
0ຫໍສະໝຸດ Baidu
t
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。
2.1 信号的分类
幅频谱 ω— 横坐标；An —纵坐标 相位谱 ω— 横坐标；φn —纵坐标
（2） cos2t 和sinπt的周期分别为T1= π， T2= 2 ，由 于T1/T2为无理数，故f2(t)为非周期信号。
2.1 信号的分类 c)非确定性信号：不能用数学式描述，其幅值、相位 变化不可预知，所描述物理现象是一种随机过程。
噪声信号(平稳)
噪声信号(非平稳)
统计特性变异
2.1 信号的分类
2.1 信号的分类
b) 物理不可实现信号：在事件发生前(t<0)就预制 知信号。
第2章、信号分析基础
2.2 周期信号的频域分析
信号频域分析是采用傅立叶变换将时域信号x(t) 变换为频域信号X(f)，从而帮助人们从另一个角度 来了解信号的特征。
X(t)= sin(2πnft)
傅里叶 变换
0
t
8563A