第二章 信号测量的基本条件-1

信号与系统实验报告-1(常用信号的分类与观察)实验一：信号的时域分析一、实验目的1.观察常用信号的波形特点及产生方法2.学会使用示波器对常用波形参数的测量二、实验仪器1.信号与系统试验箱一台（型号ZH5004）2.40MHz双踪示波器一台3.DDS信号源一台三、实验原理对于一个系统特性的研究，其中重要的一个方面是研究它的输入输出关系，即在一特定的输入信号下，系统对应的输出响应信号。

因而对信号的研究是对系统研究的出发点，是对系统特性观察的基本手段与方法。

在本实验中，将对常用信号和特性进行分析、研究。

信号可以表示为一个或多个变量的函数，在这里仅对一维信号进行研究，自变量为时间。

常用信号有：指数信号、正弦信号、指数衰减正弦信号、复指数信号、Sa(t)信号、钟形信号、脉冲信号等。

1、信号：指数信号可表示为f(t)=Ke at。

对于不同的a取值，其波形表现为不同的形式，如下图所示：图1―1 指数信号2、信号：其表达式为f（t）=Ksin（ωt＋θ），其信号的参数：振幅K、角频率ω、与初始相位θ。

其波形如下图所示：图1－2 正弦信号3、指数衰减正弦信号：其表达式为其波形如下图：图1－3 指数衰减正弦信号4、Sa(t)信号：其表达式为：。

Sa(t)是一个偶函数，t= ±π,±2π,…,±nπ时，函数值为零。

该函数在很多应用场合具有独特的运用。

其信号如下图所示：图1－4 Sa（t）信号5、钟形信号（高斯函数）：其表达式为：其信号如下图所示：图1－5 钟形信号6、脉冲信号：其表达式为f(t)=u(t)-u(t-T)，其中u(t)为单位阶跃函数。

其信号如下图所示：f(t)…………0 t图1－6 脉冲信号7、方波信号：信号为周期为T，前T/2期间信号为正电平信号，后T/2期间信号为负电平信号，其信号如下图所示1、信号的观察：通过信号选择键1，设置A组输出为信号（此时信号输出指示灯为000111）。

第二章测试系统的基本特性第一节概述测试的目的是为了准确了解被测物理量，而研究测试系统特性的目的则是为了能使系统尽可能准确真实地反映被测物理量，且为测试系统性能的评价提出一个标准。

1.测试系统能完成对某一物理量进行测取的装置，它即可以是一个单一环节组成的装置，如传感器，又可以是一个由多个功能环节组成的系统，如应变测量中的“传感器－应变仪－记录仪”。

2.对测试系统的基本要求工程测试的基本传输关系如图示，所要寻求的是输入x(t)，输出y(t),系统传输性三者的关系，即1）由已知的系统的输入和输出量，求系统的传递特性。

2）由已知的输入量和系统的传递特性，推求系统的输出量。

3）由已知系统的传递特性和输出量，来推知系统的输入量。

为使上述三种问题能由已知方便的确定未知，为此提出，对于一个测试来说，应具有的基本特性是：单值的、确定的输入-输出关系，即对应于每一个输入量都应只有单一的输出量与之对应，能满足上述要求的系统一般是线性系统。

3.测试系统的特性的描述对测试系统特性的描述通常有静态特性、动态特性、负载特性、抗干扰特性。

4.线性系统简介二、线性系统及其主要性质当系统的输入x(t)和输出y(t)之间的关系可用常系数线性微分方程(2-1)来描述时，则称该系统为定常线性系统。

线性系统有如下性质（以x(t) y(t)表示系统的输入、输出关系）：1)叠加性表明作用于线性系统的各个输人所产生的输出互不影响，这样当分析众多输人同时加在系统上所产生的总效果时，可以先分别分析单个输入(假定其他输入不存往)的效果，然后将这些效果叠加起来以表示总的效果。

2）比例特性若 x(t)→y(t)则3）微分性质 系统对输入导数的响应等于对原输入响应的导数，即4）积分性质 系统对输入积分的响应等于对原输入响应的积分，即5）频率保持性 若输入为某一频率的间谐信号，则系统的稳态输出必是、也只是同频率的间谐信号。

由于按线性系统的比例特性，对于某一已知频率ω有又根据线性系统的微分特性，有应用叠加原理，有现令输人为某一单一频率的简谐信号，记作t j e X t x ω0)(=，那么其二阶导数应为由此，得相应的输出也应为于是输出y(ｔ)的唯一的可能解只能是线性系统的这些主要特性，特别是叠加性和频率保持性，在测试工作中具有重要的作用。

第二章 习题2-1：典型的测量系统有几个基本环节组成？其中哪个环节的繁简程度相差最大？典型的测试系统，一般由输入装置、中间变换装置、输出装置三部分组成。

其中输入装置的繁简程度相差最大，这是因为组成输入装置的关键部件是传感器，简单的传感器可能只由一个敏感元件组成，如测量温度的温度计。

而复杂的传感器可能包括敏感元件，变换电路，采集电路。

有些智能传感器还包括微处理器。

2-2：对某线性装置输入简谐信号x(t)=asin(φω+t )，若输出为y(t)=Asin(Φ+Ωt )，请对幅值等各对应量作定性比较，并用不等式等数学语言描述它们之间的关系。

x(t)=asin(φω+t )→y(t)=Asin(Φ+Ωt ), 根据线性装置的输入与输出具有的频率保持特性可知，简谐正弦输入频率与输出频率应相等，既有：Ω=ω，静态灵敏度：K=aA= 常数，相位差：△ϕϕ-Φ== 常数。

2-3：传递函数和频响函数在描述装置特性时，其物理意义有何不同？传递函数定义式：H （s ）=)()(s x s y =01110111a s a s a s a b s b s b s b n n n n m m m m ++++++++----ΛΛ，其中s=+αj ω称拉氏算子。

H(s)是描述测量装置传输，转换特性的数学模型，是以测量装置本身的参数表示输入与输出之间的关系，与装置或结构的物理特性无关。

频率响应函数定义式：H （ωj ）=)()(ωωj x j y =01110111)())()()()(a j a j a j a b j b j b j b n n n n n n n n ++++++++----ωωωωωωΛΛ 反映了信号频率为ω时输出信号的傅氏变换与输入信号的傅氏变换之比。

频率响应函数H （ωj ）是在正弦信号激励下，测量装置达到稳态输出后，输出与输入之间关系的描述。

H （s ）与H （ωj ）两者含义不同。

H （s ）的激励不限于正弦激励。

自动控制原理重点第一章自动控制系统的基本概念第二节闭环控制系统的基本组成1、基本组成结构方块图如图所示2、基本元部件：（1）控制对象：进行控制的设备或过程。

（工作机械）（2）执行机构：执行机构直接作用于控制对象。

（电动机）（3）检测装置：用来检测被控量，并将其转换成与给定量相同的物理量（测速发电机）（4）中间环节：一般指放大元件。

（放大器，可控硅整流功放）（5）给定环节：设定被控量的给定值。

（电位器）（6）比较环节：将所测的被控量与给定量比较，确定两者偏差量。

（7）校正环节：用于改善系统性能。

校正环节可加于偏差信号与输出信号之间的通道内，也可加于某一局部反馈通道内。

前者称为串联校正，后者称为并联校正或反馈校正。

第三节自控控制系统的分类一、按数学描述形式分类：1．线性系统和非线性系统（1）线性系统：用线性微分方程或线性差分方程描述的系统。

（2）非线性系统：用非线性微分方程或差分方程描述的系统。

2．连续系统和离散系统（1）连续系统：系统中各元件的输入量和输出量均为时间t的连续函数。

连续系统的运动规律可用微分方程描述，系统中各部分信号都是模拟量。

（2）离散系统：系统中某一处或几处的信号是以脉冲系列或数码的形式传递的系统。

离散系统的运动规律可以用差分方程来描述。

计算机控制系统就是典型的离散系统。

二、按给定信号分类（1）恒值控制系统：给定值不变，要求系统输出量以一定的精度接近给定希望值的系统。

如生产过程中的温度、压力、流量、液位高度、电动机转速等自动控制系统属于恒值系统。

（2）随动控制系统：给定值按未知时间函数变化，要求输出跟随给定值的变化。

如跟随卫星的雷达天线系统。

（3）程序控制系统：给定值按一定时间函数变化。

如程控机床。

第四节对控制系统的基本要求对控制系统的基本要求归纳为稳定性、动态特性和稳态特性三个方面1、系统的暂态过程2、稳定性3、动态特性4、稳态特性值得注意的是，对于同一个系统体现稳定性、动态特性和稳态特性的稳、快、准这三个要求是相互制约的。

第二章误差与测量不确定度2.10用图2.22中（a ）、（b ）两种电路测电阻R x ，若电压表的内阻为R V ，电流表的内阻为R I ，求测量值受电表影响产生的绝对误差和相对误差，并讨论所得结果。

图2.22 题2.10图 解：(a)vX v x v x x R R R R I IR R IV R +===)//('∆ R=VX Xx x R R RR R +-=-2'R r =％10011100100⨯+-=⨯+-=⨯∆XV VX X XR R R R R R R在R v 一定时被测电阻R X 越小，其相对误差越小,故当R X 相对R v 很小时,选此方法测量。

(b)I x I x xR R IR R I IV R+=+⨯==)(' I x xR R RR =-=∆'R r 0100100⨯=⨯∆=XI XR R R R在R I 一定时，被测电阻R X 越大.其相对误差越小,故当R X 相对RI 很大时,选此方法测量。

2.11 用一内阻为R i 的万用表测量下图所示电路A 、B 两点间电压，设E ＝12V ，R1＝5k Ω ，R2＝20k Ω，求：（1）如E 、R1、R2都是标准的，不接万用表时A 、B 两点间的电压实际值U A 为多大? （2）如果万用表内阻R I ＝20k Ω，则电压U A 的示值相对误差和实际相对误差各为多大？（3）如果万用表内阻R I ＝lM Ω，则电压U A 的示值相对误差和实际相对误差各为多大？（a ）（b ）R 1 5K Ω解：（1）A 、B 两点间的电压实际值V 6.9k 20k20k 512E 221=+=+=R R R UA（2）U A 测量值为：k 20//k 20k20//k 20k 512////E 221+=+=I I AR R R R R UV 0.8k 10k10k 512=+=所以U A 的示值相对误差%200.86.90.8-=-=∆=Ux U xγU A 的实际相对误差为%176.96.90.8-=-=∆=UAU Aγ（3）U A 测量值为：M 1//k 20M1//k 20k 512////E 221+=+=I IAR R R R R UV 56.9k 6.19k6.19k 512=+=所以U A 的示值相对误差%42.056.96.956.9-≈-=∆=Ux U x γ U A 的实际相对误差为%42.06.96.956.9-≈-=∆=UAU Aγ由此可见，当电压表内阻越大，测量结果越准确。

智慧树知到《GNSS测量与数据处理》章节测试答案第一章1、A-S是指（）。

A:精密定位服务B:标准定位服务C:选择可用性D:反电子欺骗正确答案：反电子欺骗2、SA政策是指（）。

A:精密定位服务B:标准定位服务C:选择可用性D:反电子欺骗正确答案：选择可用性3、SPS是指（）。

A:精密定位服务B:标准定位服务C:选择可用性D:反电子欺骗正确答案：标准定位服务4、PPS是指（）。

A:精密定位服务B:标准定位服务C:选择可用性D:反电子欺骗正确答案：精密定位服务5、ε技术干扰( )。

A:星历数据B:C/A 码C:Ｐ码D:载波正确答案：星历数据6、δ技术干扰( )。

A:星历数据B:定位信号C:导航电文D:卫星钟频正确答案：卫星钟频7、子午卫星导航系统与GPS相比较，存在的局限性有( )。

A:卫星少，不能实时定位B:定位信号弱，信噪比差C:轨道低，难以精密定轨D:频率低，难以补偿电离层效应的影响正确答案：卫星少，不能实时定位,轨道低，难以精密定轨,频率低，难以补偿电离层效应的影响8、20世纪70年代，美国开始研制GPS系统，三部分构成：空间卫星部分、地面监控站部分和用户部分。

A:对B:错正确答案：对9、地面监控站部分由10个站组成：1个主控站、3个注入站、6个监控站。

A:对B:错正确答案：错10、GPS定位原理是采用空间距离前方交会法。

A:对B:错正确答案：错11、不是GPS用户部分功能的是（）。

A:捕获GPS信号B:解译导航电文，测量信号传播时间C:计算测站坐标，速度D:提供全球定位系统时间基准正确答案：提供全球定位系统时间基准12、不是GPS卫星星座功能的是（）。

A:向用户发送导航电文B:接收注入信息C:适时调整卫星姿态D:计算导航电文正确答案：计算导航电文13、伽利略系统是由欧盟主持研制开发的，既提供开放服务和商业服务，又提供军用服务的卫星定位系统。

A:对B:错正确答案：对14、目前的几大卫星定位系统（GPS、GALILEO、GLONASS、北斗）中GPS的卫星数最多，轨道最高。

第一章测量与测量系统的基础知识1、测量1) 测量：就是被测量和同类标准量进行比较的一个实验过程。

2) 测量结果：测量结果由两部分组成，即测量单位和与此测量单位相适应的数字值，一般表达式为：测量结果=｛测量数值｝测量单位，该式通常称为测量的基本方程式。

3) 测量的三要素：测量对象，测量方法，测量设备。

4) 测量过程三阶段：准备阶段，测量阶段，数据处理阶段。

5) 测量方法的分类：①按测量结果的获取方法分类直接测量(电压表测电压，温度计测温度) ，间接测量(伏安法测电阻)，组合测量(电阻的温度系数测量)②按测量读数的获取方法分类直读测量法，比较测量法③按测量性质分类时域测量，频域测量，数据域测量2、测量单位1) 测量单位：测量单位是以定量表示同类量而约定采用的特定值。

这个特定值的量值，其数值等于1,其量值大小是约定的，或用法令形式规定的。

2) 单位体系构成：由基本单位和导出单位构成，这一单位体系的集合称之为单位制3) 国际单位制①构成：国际单位制：SI单位：SI基本单位7个SI导出单位19个SI辅助单位2个SI词头一一SI单位的十进倍数和十进分数单位16个②SI基本单位米(m)，秒(s)，千克(kg)，安［培］(A)，开［尔文］(K)，摩［尔］(mol)，凯［德拉］(cd)③SI导出单位赫［兹］(Hz )，牛［顿］(N )，帕［斯卡］(Pa)，焦［耳］(J)，瓦［特］(W )，库［仑］(C)，伏［特］(V)，法［拉］(F )，欧［姆］(Q)，西［门子］(S)，韦［伯］(Wb )，特［拉斯］(T )，亨［利］(H )，摄氏度(C)，流［明］(Im )，勒［克斯］(lx)④SI辅助单位弧度(rad)，球面度(sr)⑤SI词头1024尧［它］(Y )，1021泽［它］(Z )，1018艾［克萨］(E)，1015拍［它］(P)，1012 太［拉］(T)，109吉［咖］(G)，106兆(M)，103千(k )，102百(h )，101十(da)，10-1分(d )，10-2厘(c)，10-3毫(m)，10-6微(卩)10-9纳［诺］(n)，10-12皮冋］(p)，10-15飞［母托］(f)，10-18阿［托］(a)*注：词头永远不准单独使用，质量单位( kg )是唯一带有词头的单位名称，但kg并不是倍数单位而是SI单位。

第一章绪论测控电路在整个测控系统中起着什么样的作用？影响测控电路精度的主要因素有哪些，而其中哪几个因素又是最基本的，需要特别注意?为什么说测控电路是测控系统中最灵活的环节，它体现在哪些方面？第二章信号放大电路何谓测量放大电路？对其基本要求是什么？什么是差动放大器？何谓自举电路？应用于何种场合？请举一例说明之。

什么是高共模抑制比放大电路？应用何种场合？图2-13b所示电路，N、Na为理想运算放大器, 试求其闭环电压放大倍数。

图2-14所示电路，N、N2、Z工作在理想状态，R=R2=1OOk0，R o=1Ok0，F3=RF20kO ，图2-13b电路是什么电路？试述其工作原理。

为使其具有所需性能，对电阻值有什么要求? F5=F6=60k」Nz同相输入端接地，试求电路的差模增益？电路的共模抑制能力是否降低？为什么？试求增益可调式差动比例放大电路的电压放大倍数何谓电桥放大电路？应用于何种场合?试推导图2-16b所示电路u o的计算公式，并根据所推导的公式说明其特点。

图示电路是什么电路？图中R I=R2 >>R，试述其工作原理，写出其输出表达式（8分）线性电桥放大电路中（见图2-18 ）,若u采用直流，其值U = 10V, R= R= R= 120 Q ,请根据图2-29b ，画出可获得1、10、100十进制增益的电路原理图。

由图X2-3可得：当开关 A 闭合时，U 0=U i ;当开关B 闭合时，U =10U ，当开关C 闭合时,U =100U 。

根据图2-29c 和其增益表达式，若采用 6个电阻，请画出电路原理图，并计算电阻网络各电阻的阻值。

+R+ R 3+R>=5R ,什么是隔离放大电路？应用于何种场合?试分析图2-33b 电路中的限幅电路是如何工作的？并写出U o 的计算公式。

第三章信号调制解调电路什么是信号调制？在测控系统中为什么要采用信号调制？什么是解调？在测控系统中常用 的调制方法有哪几种？什么是调制信号？什么是载波信号？什么是已调信号？什么是调幅？请写出调幅信号的数学表达式，并画出它的波形。