信号与系统的基本概念

第一章信号与系统的基本概念一、信号的定义①广义地说，信号就是随时间和空间变化的某种物理量或物理现象.②在通信工程中，一般将语言、文字、图像、数据等统称为消息，在消息中包含着一定的信息③信号是消息的载体，是消息的表现形式，是通信的客观对象，而消息则是信号的内容④应当注意，信号与函数在概念的内涵与外延上是有区别的。

信号一般是时间变量t的函数，但函数并不一定都是信号，信号是实际的物理量或物理现象，而函数则可能只是一种抽象的数学定义。

二、信号的分类(1) 确定信号与随机信号。

按信号随时间变化的规律来分，信号可分为确定信号与随机信号。

实际传输的信号几乎都是随机信号。

因为若传输的是确定信号，则对接收者来说，就不可能由它得知任何新的信息，从而失去了传送消息的本意。

但是，在一定条件下，随机信号也会表现出某种确定性，例如在一个较长的时间内随时间变化的规律比较确定，即可近似地看成是确定信号。

随机信号是统计无线电理论研究的对象。

本书中只研究确定信号。

(2)连续时间信号与离散时间信号。

按自变量t取值的连续与否来分，信号有连续时间信号与离散时间信号之分，分别简称为连续信号与离散信号。

(3)周期信号与非周期信号。

设信号f(t)，t∈R，若存在一个常数T，使得f(t-nT)=f(t) n∈Z (1-1)则称f(t)是以T为周期的周期信号。

从此定义看出，周期信号有三个特点：1) 周期信号必须在时间上是无始无终的，即自变量时间t的定义域为t∈R。

2) 随时间变化的规律必须具有周期性，其周期为T。

3) 在各周期内信号的波形完全一样。

(4) 正弦信号与非正弦信号。

(5) 功率信号与能量信号。

三、信号的相关名词1. 有时限信号与无时限信号若在有限时间区间(t1＜t＜t2)内信号f(t)存在，而在此时间区间以外，信号f(t)=0，则此信号即为有时限信号，简称时限信号，否则即为无时限信号。

2. 有始信号与有终信号设t1为实常数。

若t＜t1时f(t)=0， t＞t1时f(t)≠0，则f(t)即为有始信号，其起始时刻为t1。

信号与系统考研笔记一、信号与系统的基本概念1.信号的定义和分类：信号可以分为确定性信号和随机信号，周期信号和非周期信号，连续时间信号和离散时间信号等。

2.系统的定义和分类：系统可以分为线性系统和非线性系统，时不变系统和时变系统，连续时间和离散时间系统等。

3.信号的基本运算：包括信号的加法、减法、乘法、除法等基本运算。

4.系统的基本运算：包括系统的串联、并联、反馈等基本运算。

二、傅里叶变换1.傅里叶级数和傅里叶变换的定义：傅里叶级数用于表示周期信号，而傅里叶变换则用于表示非周期信号。

2.傅里叶变换的性质：包括对称性、线性（叠加性）、奇偶虚实性、尺度变换特性、时移特性、频移特性、微分特性、积分特性、卷积特性、相关与自相关特性等。

3.傅里叶变换的应用：包括频域分析、系统响应分析、滤波器设计等。

三、拉普拉斯变换和Z变换1.拉普拉斯变换的定义和性质：拉普拉斯变换是用来分析具有无穷大的时间域信号的一种方法。

2.Z变换的定义和性质：Z变换是用来分析离散时间信号的一种方法。

3.拉普拉斯变换和Z变换的应用：包括系统响应分析、控制系统设计等。

四、线性时不变系统1.LTI系统的定义和性质：LTI系统是指具有线性特性和时不变特性的系统。

2.LTI系统的分析和设计：包括系统的频率响应分析、系统稳定性分析、系统均衡和滤波等。

3.LTI系统的状态空间表示：包括状态空间模型的建立、系统的稳定性和可控性分析等。

五、采样定理和离散傅里叶变换1.采样定理的理解和应用：采样定理规定了采样频率和信号带宽之间的关系，对于连续时间信号的离散化采样具有重要意义。

2.DFT的理解和应用：DFT是离散时间信号的一种基本运算，可以用于信号的分析和处理。

3.快速傅里叶变换（FFT）的理解和应用：FFT是一种高效计算DFT的算法，可以大大提高信号处理的速度和效率。

六、信号与系统的应用和实践1.数字信号处理的应用和实践：包括数字滤波器设计、数字波形合成、数字音频处理等。

信号与系统基本概念
信号与系统是信号处理领域的基本概念。

信号指的是随时间变化的物理量或信息，可以是连续的或离散的。

系统是对信号进行处理、传输或变换的过程或装置。

信号可以分为连续信号和离散信号。

连续信号是随时间连续变化的信号，可用连续函数表示。

离散信号是在一些特定时刻取值的信号，可用数列表示。

系统可以分为线性系统和非线性系统。

线性系统满足叠加性质，即输入信号的线性组合对应于输出信号的线性组合。

非线性系统则不满足这一性质。

信号与系统的关系可以用系统的输入和输出表示。

输入信号经系统处理后，得到输出信号。

信号可以通过系统进行传输、处理或变换。

常见的系统包括滤波器、放大器、变换器等。

信号与系统在通信、图像处理、音频处理等领域有广泛应用。

通过对信号和系统进行研究，可以实现信号的提取、增强、压缩等操作，从而得到想要的结果。

信号与系统---基本概念⼀、系统理论概念1、信号：信号是信息和能量的载体。

2、系统：系统⽤来对信号并因此也对信息和能量进⾏处理；3、信息：信息是⼀种知识内容，这种知识的物理体现（知识表现）就是信号；4、抽象的系统：为了进⾏系统研究，需要使⽤⼀个数学模型。

已经表明，在采⽤抽象的数学公式进⾏描述时，许多表⾯上不同的系统都表现为相同的形式。

系统理论的巨⼤优势就在于这种数学上的抽象概括。

因此不同专业领域的⼈就可以说同⼀种语⾔，并且能够共同地处理⼀项任务。

由于这个原因，系统理论具有了中⼼的地位。

抽象理论的另⼀个优点是，对系统进⾏描述，与系统的实际实现⽆关。

系统理论是⼀个思想流派，它允许：进⾏更⼴义的思考；把外来的解决⽅案应⽤到其他问题上。

5、数学模型：⼀个真实系统的数学模型是⼀组数学⽅程。

为了能够脱离物理意义⽽⼯作，常常是采⽤定标的，⽆量纲形式对信号进⾏记录的。

为了使数学上的⼯作量保持在可控的范围内，在模型中只对实际系统中需要关注的主要部分进⾏映像变换。

因此简单化的模型不再与实际样本相符。

但是，只要模型能够为真实系统的特征提供有⽤的解释和预测，这样的由于简化⽽带来的不符合也就⽆关紧要了。

否则就必须使模型得到逐步完善。

从原则上讲，⼀个模型应当尽可能简单，⽽且只要在必要时才是复杂的。

在应⽤⽅⾯，最为困难的部分是建模。

⾄于⼀个模型是否能够精确地解决⼀个具体课题，就只能通过经验回答这个问题了。

可以通过仿真对模型的特征与实际系统的特征进⾏⽐较。

但是为此需要对各种物理关系有深⼊的认识。

系统理论做为纯粹的数学学科不能对这种物理诠释提供⽀持。

因此，系统理论也只不过是⼀种⼯具（尽管是⼀种引⼈⼊胜的强⼤⼯具）⽽已，绝不可能使使⽤者摒弃其原专业领域坚实的专业知识。

系统理论在电⽓技术⽅⾯的主要应⽤领域是通信技术、调节技术和测量技术。

这些专业的典型特征是抽象并侧重理论，⽽且理论具有通⽤性。

对于应⽤⽽⾔，除了理论以外，在理论应⽤过程中所获得经验也是必要的。

第一章信号与系统的基本概念§1.1 绪言信号与系统是一门重要的专业基础课。

是许多专业（通信、信息处理、自动化、计算机、系统工程）的必修课。

重要性体现在两个方面：一是我们将来从事专业技术工作的重要理论基础；二是上述各类专业硕士研究生入学考试课程。

在教学计划中起着承前启后的作用，前期课程是高数、微分方程、差分方程、工程数学中的积分变换（傅立叶变换和拉普拉斯变换），还有电路分析基础；而其本身是后续专业课（通信原理、数字信号处理）的基础。

信号研究的主要内容：顾名思义系统合成：信号一个典型的电系统—通信系统信息源转换电信号电信号还原受信者（声音、文字、图象）/响应通信系统○1系统：控制系统抽象为理想化的模型，讨论激励与响应的关系经济系统○2信号：时间的函数f(t)，一维函数，确定信号* 信号与系统的关系：互相依存信号是运载消息的工具，要很好的利用信号，需经过系统的传输、处理.系统则是为传输信号或对信号进行处理而由元器件构成的某种组合。

离开了信号，系统就失去了意义.§1.2 信号一.定义：信号是带有信息的（如声音、图象等）随时间（或空间）变化的物理量。

本课程主要研究电信号（电流、电压）。

二.信号的分类：从不同的角度1 从函数的定义域（时间）是否连续：○1连续时间信号：在连续的时间范围内有定义。

t是连续的，f （t）可是，也可不是表达方式时间的函数（解析式），如f（t）=Asinπt波形图表示：上述两种表达方式，可以互换。

信号和函数两个词可互相通用○2离散时间信号：在一些离散的瞬间才有定义。

t=kT点上有定义，其余无定义序列f （k ）=2k ，k ≥0 表达方式 图形表示：序列值f （k ）=｛0、1、2、4、8、……｝2 从信号的重复性：○1 周期信号：定义在（-∞，+∞）区间，每隔一定时间T 重复变化连续f （t ）=f （t+mT ）离散f （k ）=f （k+mK ） K 为整数 ○2 非周期信号：不具有周期性的信号 例：正弦序列f （k ）=sink β β为角频率，反映周期性重复的速率, 决定序列是否具有周期性按定义：sink β=sin(β·k+m ·2π) β=6π时，βπ2 =12，为整数，是周期序列，k =12β=318π时，βπ2=431，为有理数，是周期序列，k =31β=21时，βπ2 =4π，为无理数，是非周期序列tf （kt ）−−→−简化f （k ） 0 T 2T 3T间隔相等 kT3 实信号：物理可实现的复信号：实际上不能产生，但理论分析重要——复指数信号 表达式：f （t ）=e st ，-∞＜t ＜+∞， δ= σ+j ω f （t ）=e （σ+j ω）t =e σ t ·e j ωt = e σ t cos ωt+j e σ t sin ωt σ＞0，增幅振荡 σ＜0，衰减振荡 σ=0，等幅振荡当ω=0，f （t ）= e σt 为实指数信号当σ=ω=0，f （t ）=1，为直流信号 重要特性：对时间的微分和积分仍然是复指数信号。