信号与系统 线性时不变系统及其特性

《信号与系统》知识要点第一章 信号与系统1、 周期信号的判断 （1）连续信号思路：两个周期信号()x t 和()y t 的周期分别为1T 和2T ，如果1122T N T N =为有理数（不可约），则所其和信号()()x t y t +为周期信号，且周期为1T 和2T 的最小公倍数，即2112T N T N T ==。

（2）离散信号思路：离散余弦信号0cos n ω（或0sin n ω）不一定是周期的，当 ①2πω为整数时，周期02N πω=；②122N N πω=为有理数（不可约）时，周期1N N =； ③2πω为无理数时，为非周期序列注意：和信号周期的判断同连续信号的情况。

2、能量信号与功率信号的判断 （1）定义连续信号 离散信号信号能量：2|()|k E f k ∞=-∞=∑信号功率： def2221lim ()d T T T P f t t T →∞-=⎰ /22/21lim|()|N N k N P f k N →∞=-=∑⎰∞∞-=t t f E d )(2def（2）判断方法能量信号： P=0E <∞， 功率信号： P E=<∞∞， （3）一般规律①一般周期信号为功率信号；②时限信号(仅在有限时间区间不为零的非周期信号)为能量信号；③还有一些非周期信号，也是非能量信号。

例如：ε(t )是功率信号； t ε(t )3、典型信号① 指数信号： ()at f t Ke =，a ∈R② 正弦信号： ()sin()f t K t ωθ=+tt4、信号的基本运算 1) 两信号的相加和相乘 2) 信号的时间变化 a) 反转: ()()f t f t →- b) 平移: 0()()f t f t t →± c)尺度变换: ()()f t f at →3) 信号的微分和积分注意：带跳变点的分段信号的导数，必含有冲激函数，其跳变幅度就是冲激函数的强度。

正跳变对应着正冲激；负跳变对应着负冲激。

信号与系统面试题一、信号与系统的基本概念和性质信号与系统是电子与通信工程领域中重要的基础课程，涉及到信号的表示、处理与传输以及系统的分析与设计等方面。

下面将从信号与系统的基本概念和性质进行论述。

1. 信号的定义和分类信号是指随时间、空间或其他独立变量的变化而变化的物理量，用于携带信息。

信号可以分为连续信号和离散信号两类。

连续信号在时间和幅度上都是连续变化的，例如音频信号、视频信号等；离散信号在时间和幅度上都是离散的，例如数字音频、数字图像等。

2. 基本信号的表示与表示方法常见的基本信号包括冲激信号、阶跃信号、正弦信号等。

冲激信号是一种时间间隔极短、幅度无穷大的信号；阶跃信号在时间t=0时突变，从0瞬间跳变到某个确定值；正弦信号是一种周期为T的、幅度恒定的信号。

这些基本信号可以通过数学函数进行表示，如单位阶跃函数、单位冲激函数、正弦函数等。

3. 系统的定义和分类系统是指对信号进行处理的一种设备或方法。

根据处理方式的不同，系统可以分为线性系统和非线性系统。

线性系统具备叠加性和齐次性的特点，即输入和输出之间满足叠加原理和比例原理；非线性系统则不满足这两个性质。

4. 信号与系统的性质信号与系统具有多种性质，包括可加性、时移性、幅度缩放性、时域抽样性、频域抽样性等。

可加性表示系统对两个输入信号的响应等于单独输入两个信号的响应之和；时移性表示信号的延迟或提前不会影响系统的响应；幅度缩放性表示输入信号按照一定比例进行放大或缩小，输出信号也会按照相同的比例进行放大或缩小。

二、常见的信号与系统分析方法信号与系统的分析方法是研究信号与系统行为与性质的关键。

下面将介绍一些常见的信号与系统分析方法。

1. 时域分析方法时域分析方法主要通过观察信号在时间域上的变化进行分析。

其中，时域响应表示系统对输入信号的响应在时间上的变化情况；卷积表示两个信号之间的运算关系，描述了输入信号经过系统处理后得到的输出信号；相关性分析用于衡量两个信号之间的相似度和相关性。

数 码 设 计 PEAK DATA SCIENCE基金项目：贵阳学院科研项目；信号与信息处理（编号：GYU-KYZ[2018]05-05）；贵州省科技厅联合基金项目（黔科合J 字LKG[2013]36号）作者简介：张涛（1976-），男，教授，研究方向为信号与信息处理，通信技术，E-mail ：2209282216@·39·工程科技研究DOI ：10.19551/ki.issn1672-9129.2019.04.014浅谈线性时不变系统的判断张涛（贵阳学院 电子与通信工程学院，贵州贵阳，550005）摘要：对线性时不变系统的认识和掌握是学好《信号与系统》这门核心专业的基础和关键。

本文探讨如何判断一个系统是否为线性时不变系统。

关键词：线性；时不变；系统；判断中图分类号：TP13 文献标识码：A 文章编号：1672-9129(2019)04-0039-02On the Judgment of Linear Time-invariant SystemZhang Tao（School of Electronic & Communication Engineering of Guiyang University, Guiyang 550005）Anstract: Understanding and mastering linear time-invariant systems is the foundation and key to learn the core specialty of Signal and Systems. This paper discusses how to judge whether a system is a linear time-invariant system.Key words: linear; time-invariant; system; judgment引言：线性系统是指具有线性特性的系统。

信号与系统4-22例题
【例题背景介绍】
信号与系统是一门研究信号及其处理、系统及其特性之间的关系的学科。

在课程中，例题的解析对于理解概念和掌握方法至关重要。

今天，我们来解析4-22例题，这是一道关于线性时不变系统（LTI）的题目。

【例题解析】
（1）问题分析
本题要求我们分析一个线性时不变系统（LTI）的输入输出关系。

给定系统函数H（s），输入信号x（t），求输出信号y（t）。

（2）解决方案
根据线性时不变系统的性质，输出信号y（t）可以表示为：
y（t）= x（t）*h（t）
其中，h（t）是系统函数H（s）的逆傅里叶变换。

（3）步骤详解
步骤1：根据系统函数H（s）求其逆傅里叶变换H（-t）
步骤2：将输入信号x（t）与H（-t）相乘，得到输出信号y（t）
【类似题型总结】
本题考查了线性时不变系统（LTI）的输入输出关系。

解决这类问题的关键是掌握系统函数H（s）与输入输出信号之间的关系，以及如何利用逆傅里叶变换求解输出信号。

【知识点拓展】
线性时不变系统（LTI）在信号与系统课程中占有重要地位。

了解其性质和特点，可以帮助我们更好地理解信号处理和系统分析。

【练习建议】
为巩固所学知识，建议同学们多做类似题型，加强对线性时不变系统（LTI）的理解。

同时，也要注意知识点之间的联系，将信号与系统的基础知识打牢。

通过以上解析，希望能帮助大家更好地掌握线性时不变系统（LTI）的相关知识。

在学习过程中，遇到问题时，可以参考课程教材、请教老师和同学，共同进步。

信号与系统实验报告连续线性时不变系统的分析专业：电子信息工程（实验班）姓名：曾雄学号：14122222203班级：电实12-1BF目录一、实验原理与目的 (3)二、实验过程及结果测试 (3)三、思考题 (10)四、实验总结 (10)五、参考文献 (11)一、实验原理与目的深刻理解连续时间系统的系统函数在分析连续系统的时域特性、频域特性及稳定性中的重要作用及意义。

掌握利用MATLAB 分析连续系统的时域响应、频响特性和零极点的基本方法。

二、实验过程及结果测试1．描述某线性时不变系统的微分方程为： ''()3'()2()'()y t y t y t f t f t++=+ 且f(t)=t 2，y(0-)=1，y ’(0-)=1；试求系统的单位冲激响应、单位阶跃响应、全响应、零状态响应、零输入响应、自由响应和强迫响应。

编写相应MATLAB 程序，画出各波形图。

（1）单位冲激响应： 程序如下：%求单位冲激响应a=[1,3,2]; b=[1,2]; sys=tf(b,a); t=0:0.01:10; h=impulse(sys,t);%用画图函数plot( )画单位冲激响应的波形plot(h); %单位冲激响应曲线 xlabel('t'); ylabel('h');title('单位冲激响应h(t)') 程序运行所得波形如图一：200400600800100012000.10.20.30.40.50.60.70.80.91th单位冲激响应h(t )图一 单位冲激响应的波形（2）单位阶跃响应： 程序如下：%求单位阶跃响应a=[1,3,2]; b=[1,2]; sys=tf(b,a); t=0:0.01:10; G=step(sys,t);%用画图函数plot( )画单位阶跃响应的波形plot(G); %单位阶跃响应曲线 xlabel('t'); ylabel('g');title('单位阶跃响应g(t)') 程序运行所得波形如图二：2004006008001000120000.10.20.30.40.50.60.70.80.91tg单位阶跃响应g(t )图二 单位阶跃响应的波形 （3）零状态响应： 程序如下：%求零状态响应yzs=dsolve('D2y+3*Dy+2*y=2*t+2*t^2','y(0)=0,Dy(0)=0') %用符号画图函数ezplot( )画各种响应的波形 t=0:0.01:3;ezplot(yzs,t); %零状态响应曲线 axis([0,3,-1 5]);title('零状态响应曲线yzs'); ylabel('yzs');程序运行所得波形如图三：00.511.522.53-112345t零状态响应曲线yzsy z s图三 零状态响应的波形（4）零输入响应： 程序如下：%求零输入响应yzi=dsolve('D2y+3*Dy+2*y=0','y(0)=1,Dy(0)=1') %用符号画图函数ezplot( )画零输入响应的波形 t=0:0.01:3;ezplot(yzi,t);%零输入响应曲线 axis([0,3,-1,2]); title('零输入响应yzi'); ylabel('yzi');程序运行所得波形如图四：图四 零输入响应的波形（5）全响应：程序如下：%求全响应y=dsolve('D2y+3*Dy+2*y=2*t+2*t^2','y(0)=1,Dy(0)=1') %用符号画图函数ezplot( )画全响应响应的波形00.511.522.53-1-0.50.511.52t零输入响应yziy z it=0:0.01:3;ezplot(y,t); %全响应曲线 axis([0,3,-1,5]); title('全响应y'); ylabel('y');程序运行所得波形如图五：00.511.522.53-112345t全响应yy图五 全响应的波形（6）自由响应：程序如下：%自由响应y=dsolve('D2y+3*Dy+2*y=2*t+2*t^2','y(0)=1,Dy(0)=1'); %全响应 yht=dsolve('D2y+3*Dy+2*y=0','y(0)=1,Dy(0)=1'); % 求齐次通解yt=dsolve('D2y+3*Dy+2*y=2*t+2*t^2','y(0)=0,Dy(0)=0'); % 求非齐次通解 yp=yt-yht;yh=y-yp; % 求齐次解，即自由响应 t=0:0.01:3; ezplot(yh,t); title('自由响应yh'); ylabel('yh');程序运行所得波形如图六：0.511.522.530.511.52t自由响应yhy h图六 自由响应的波形（7）强迫响应： 程序如下：%强迫响应yht=dsolve('D2y+3*Dy+2*y=0','y(0)=1,Dy(0)=1'); % 求齐次通解yt=dsolve('D2y+3*Dy+2*y=2*t+2*t^2','y(0)=0,Dy(0)=0'); % 求非齐次通解 yp=yt-yht; % 求特解，即强迫响应 t=0:0.01:3; ezplot(yp,t); title('强迫响应yp'); ylabel('yp');程序运行所得波形如图七：0.511.522.53-112345t强迫响应ypy p图七 强迫响应的波形2．给定一个连续线性时不变系统，描述其输入输出之间关系的微分方程为：编写MATLAB 程序，绘制系统的幅频响应、相频响应、频率响应的实部和频率响应的虚部的波形，确定滤波器的类型。

信号与系统知识点总结在现代科学和工程领域中，信号与系统是重要的基础理论。

它涉及到从电子通信、音频处理到图像识别等许多领域的技术和应用。

本文将对信号与系统的若干关键概念和知识点进行总结与概括。

一、信号的分类和性质信号可以被分为连续时间信号和离散时间信号两类。

连续时间信号是在定义域上连续存在的信号，它可以用连续的函数描述。

离散时间信号是在定义域上只取有限或无限多个离散点的信号，它可以用序列来表示。

信号还可以根据其能量和功率来分类。

能量信号是其能量有限的信号，如脉冲信号；功率信号是其功率有限的信号，如正弦信号。

这个概念对于信号在通信中的传输和处理具有重要意义。

二、线性时不变系统线性时不变系统（简称LTI系统）是信号与系统领域中最为重要的概念之一。

它的特点是输出与输入之间存在线性关系且不随时间发生变化。

LTI系统的性质可以由其冲激响应来描述。

冲激响应是当输入信号为单位冲激函数时，LTI系统的输出。

通过对冲激响应进行线性叠加和时间平移，可以得到系统对任意输入信号的响应。

三、卷积运算卷积运算是在信号与系统中常用的一种数学运算方法。

它可以将两个信号进行融合和混合，得到新的信号。

连续时间信号的卷积可以通过函数乘积和积分运算得到。

离散时间信号的卷积可以通过序列元素的加权和得到。

卷积运算在信号的滤波和频域分析中扮演着重要的角色。

例如，通过卷积可以实现低通滤波和高通滤波，以及信号的快速傅里叶变换。

四、傅里叶变换傅里叶变换是将一个信号从时域变换到频域的数学工具。

它可以将信号表示为一系列复数的和，从而揭示信号的频率分量和功率分布。

连续时间信号的傅里叶变换可以通过积分运算得到，离散时间信号的傅里叶变换可以通过离散的和运算得到。

傅里叶变换在信号压缩、频谱分析和滤波等方面有广泛应用。

例如，通过傅里叶变换可以将音频信号从时域转换为频域，实现音频的压缩和编码。

五、采样定理与信号重构在实际应用中，信号往往是以离散时间形式进行采样和处理的。

线性时不变系统（LTI system）是一类非常重要的信号处理系统，它在很多领域都有着广泛的应用。

本文将对线性时不变系统的定义、特性以及其在信号处理、控制系统、通信系统等方面的应用进行详细的介绍。

首先，我们来解释一下什么是线性时不变系统。

线性系统是指输出信号是输入信号的线性函数，即对于任意的输入信号x1和x2，以及任意的常数a1和a2，都有输出信号y1=ax1+by1和y2=ax2+by2。

时不变系统是指系统的输出信号只与输入信号的形态有关，而与时间无关。

因此，线性时不变系统就是既是线性系统又是时不变系统。

线性时不变系统有着许多优秀的特性，使得它在信号处理、控制系统、通信系统等领域都有着广泛的应用。

其中，最重要的优秀特性就是线性性和时不变性。

因为线性性使得系统的输出信号可以通过线性变换得到，而时不变性使得系统的输出信号与时间无关，这为信号的分析和处理带来了巨大的便利。

在信号处理领域，线性时不变系统可以用来模拟各种不同的信号处理器。

例如，低通滤波器就是一种常见的线性时不变系统，它可以用来消除高频噪声，使得信号更加平稳。

此外，线性时不变系统还可以用来提取信号的特征，例如通过频谱分析来获取信号的频率成分。

在控制系统领域，线性时不变系统也有着重要的应用。

例如，在飞行控制系统中，可以使用线性时不变系统来模拟飞机的运动方程，并通过调节系统的参数来实现飞机的姿态控制。

此外，在工业生产过程中，也可以使用线性时不变系统来控制生产设备的运行状态，从而实现生产过程的自动化。

在通信系统领域，线性时不变系统也有着广泛的应用。

例如，在数字通信系统中，可以使用线性时不变系统来模拟信道的传输特性，并通过调节系统的参数来实现信号的增益控制。

此外，在无线电通信系统中，也可以使用线性时不变系统来模拟电磁波的传播特性，并通过调节系统的参数来实现信号的功率控制。

总之，线性时不变系统是一类非常重要的信号处理系统，它在信号处理、控制系统、通信系统等领域都有着广泛的应用。

信号与系统实验陈述课程名称：信号与系统实验实验项目名称：连续线性时不变系统分析专业班级：姓名：学号：完成时间：年月日一、实验目的1．掌握连续LTI系统的单位冲激响应、单位阶跃响应和任意激励对应响应的求解方法。

2．掌握连续LTI系统的频域分析方法。

3．掌握连续LTI系统的复频域分析方法。

4．掌握连续LTI系统的时域、频域和复频域分析方法的相互转换。

二、实验原理1．连续LTI系统的时域分析(1)连续线性时不变系统的描述设连续线性时不变系统的激励为，响应为，则描述系统的微分方程可暗示为为了在Matlab编程中调用有关函数，我们可以用向量和来暗示该系统，即这里要注意，向量和的元素排列是按微分方程的微分阶次降幂排列，缺项要用0补齐。

(2) 单位冲激响应单位冲激响应是指连续LTI系统在单位冲激信号激励下的零状态响应，因此满足线性常系数微分方程(5.1)及零初始状态，即，依照定义，它也可暗示为对于连续LTI系统，若其输入信号为，冲激响应为，则其零状态响应为可见，能够刻画和表征系统的固有特性，与何种激励无关。

一旦知道了系统的冲激响应，就可求得系统对任何输入信号所发生的零状态响应。

Matlab提供了专门用于求连续系统冲激响应的函数impulse()，该函数还能绘制其时域波形。

(3)单位阶跃响应单位阶跃响应是指连续LTI系统在单位阶跃信号激励下的零状态响应，它可以暗示为Matlab提供了专门用于求连续系统单位阶跃响应的函数step( )，该函数还能绘制其时域波形。

(4)任意激励下的零状态响应已经知道，连续LTI系统可用常系数线性微分方程(5.1)式来描述，Matlab提供的函数lsim( )能对上述微分方程描述的连续LTI系统的响应进行仿真，该函数不但能绘制指定时间范围内的系统响应波形图，而且还能求出系统响应的数值解。

其调用格式有lsim(b,a,x,t)y=lsim(b,a,x,t) ：只求出系统的零状态响应的数值解，而不绘制响应曲线需要特别强调的是，Matlab总是把由分子和分母多项式暗示任何系统都当作是因果系统。