电子信息工程概论课件第四章

在信号的实际处理中我们除了进行必要的频域 变换外，还需要对信号进行滤波处理。
这是因为理想的信号是不存在的，信号总会或 多或少的受到噪声的影响。
为了优化信号处理的效果 ，我们必须设法将噪 声的影响降到最低，这就要用到滤波的原理。即 通过滤波器将信号中不需要的成分尽可能的滤除， 保留信号中的有用成分。
第四章 信号的分析及处理技术
在人类社会活动中，人们经常以语言、文字、 图形和数据等方式传播和接收消息，所谓消息可以 认为是通过一定手段所表达的感觉、思想和意见等。 从维持生存及完成社会职能等角度来说，人类必须 不停地进行各种消息的传递和交换。在人类较早的 时期，便有结绳记事、击鼓传情和烽火报警等简单 的信息表达和信息传递方式 。
满足此关系式的最小T值称为信号的周期。
周期信号的两种形式
1 0.8
f (t)
0.6
0.4
0.2
0
-0.2
-0.4
-0.6
-0.8
0 t0
t0+T
t
-1
-15
-10
-5
0
5
10
15
(a) 连续信号
(b) 离散信号
4-10 周期信号
3）连续时间信号和离散时间信号 在自变量的整个连续区间内都有定义的信号
H (e j )
0
c

(a) 低通
H (e j )
H (e j )
0
c
(b) 高通
H (e j )

0
c1
c2

(c) 带通
0
c1
c 2

(d) 带阻
理想滤波器频率特性
频谱变换可以使我们更好的了解信号信息，更 好的分析信号的特性。但傅里叶变换的计算过程 是复杂的，特别是对于模拟信号的频域变换，很 难在计算机上操作。
早期的信息表达和传递方式
消息是信息的载体，信息是消息中蕴含的尚 未确定的内容。若把消息这个载体以物理量的形 式表现出来，如用声、光、电、偏移、速度、加 速度、温度、湿度和颜色等代替消息，则构成信 号。这就是说， 信号只是消息的一种物理表现形式，因此消息与 信息的关系，也就是信号与信息的关系，即信号 也是信息的载体，反映信息的物理量。从信息的 传输和处理的角度来说，信号较之消息的其他表 现形式，
为了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。下面将从不同的角度来对信 号进行分类。 确定性信号和随机性信号
2）周期信号与非周期信号 在规则信号之中又可分为周期信号与非周期
信号。所谓周期信号就是依一定时间间隔周而 复始，而且是无始无终的信号，它们的表示式 可以写作
f t f t nT ,n 0,1,2,
信号分析和处理的基本方法
从分析方法 来看
信号处理
时域分析法 变换域分析法
连续时间傅里叶变换 连续时间拉普拉斯变换 离散时间傅里叶变换
Z变换
从信号和系统 的形式看
连续时间分析 离散时间分析
信号处理方法
4.1.3 信号处理基本内容
例1：在生活实践中我们发现有的汽车喇叭比较 好，有的喇叭则在近处听了刺耳，远处又听不清 晰。图4-3 (a)、(c)为两种喇叭声在时域中的波形 图，图中我们很难看出喇叭的质量差别。但如果 分别把它们的时域波形作频谱分析后(取样频率为 8kHz)，得频谱图4-3(b)、(d)，从中就很容易看 出差异，好的喇叭频谱图主要含有三个频谱分量( 又称三音)，所以后者(对应于时域波形图c和的频 谱图d)的质量明显优于前者。
某减速机振动 测点布置图
某减速机测点3振 动信号波形
例3：锤子的敲击力、承载缆绳断裂时的应力变 化、热电偶插入加热炉中温度的变化过程等，这 些信号都属于瞬变非周期信号，并且可用数学关 系式（指数函数和正弦函数）描述。例如，图4-9 是单自由度振动模型在脉冲力作用下的响应。
单自由度振动模型在脉冲力作用下的响应
喇叭声音对比图
我们区分了喇叭音质的好坏，用到了频域分 析法。所谓频域分析法就是傅里叶分析法， 它是变换域分析法的基石。
一般来说，信号总是杂乱的，但实际上这 种杂乱常常是正弦波的简单迭加，其次，信 号的频率表示更有利于信号辨别、分离、传 输等。更重要的是用频谱来分析一个波形， 就可以了解到波形源的某些信息因。
4.1 概述
4.1.1 信号的定义与描述
任何携带信息的物理量皆可以作为信号。信号处理 的目的就是要从一大堆混合的、杂乱的信息中提取或 增强有用的信息。因此，信号处理的实质就是提取、 增强、存储和传输有用信息的一种运算。
数学上，信号可以描述为一个或若干个自变量的函 数或序列的形式。信号的另外一种描述方式是“波形” 描述。“频谱”也是信号的描述方法之一，它是频率 的函数，可以与表示信号的函数或序列一一对应。
1965年，美国库利（J．W．Cooley）和图 基（J．W．Tukey）提出了快速傅里叶变换计 算方法，这不仅大大降低了变换运算的次数，也 简化了计算结果的存储。
f t
抽样
f n
O
t
O
n
模拟信号进行数字化——信号抽样
模拟信号经过数字化处理的过程框图。
模拟信号
xa(t)
抽样 抽样信号 A\D变换
xa(nT)x(n) (Hale Waihona Puke Baidu化编码)
数字信号
D\A变换
离散信号
x'(n)
内插 低通滤波
模拟信号
xa' (t)
模拟信号与数字信号相互转换
4.2 信号分析和处理的基础知识
4.2.1 信号的分类
在介绍信号的分类方式前，我们先来看实 际生活中的两个例子。
例2：某减速机振动测点布置图如图4-7所 示。在该机械系统中， 回转体不平衡引起的 振动，往往是一种周期性运动，由测点3测到 的信号波形如图4-8。从图中波形我们可以看 到，可以近似地看作为周期信号。
是连续时间信号，简称连续信号。需要说明的 是，这里的“连续”指的是定义域，信号的值 域可以是连续的，也可以不是连续的。
仅在一些离散的时间点上才有定义的信号称 为离散时间信号，简称离散信号。同样，这里 的“离散”指的是定义域，其值域可以是连续 的，也可以是不连续的。
4.1.2 信号分析和处理的目的及方法
所谓信号分析，就是通过解析方法或测试 方法找出不同信号的特征，从而了解其特性， 掌握它随时间或频率变化的规律的过程。
所谓信号处理，就是指通过对信号的变换 和加工，把一个信号变换成另一个信号的过 程。因此，也可以把信号处理理解为为了特 定的目的，通过一定的手段改造信号的过程。