信号与系统总复习
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信号与系统复习题答案1. 信号的分类有哪些?信号可以分为连续时间信号和离散时间信号。
连续时间信号是指在时间上连续变化的信号,而离散时间信号是指在时间上以离散点变化的信号。
2. 什么是线性时不变系统?线性时不变系统是指满足叠加性和时间不变性的系统。
叠加性意味着系统对多个输入信号的响应等于对各个输入信号单独响应的和;时间不变性意味着系统对输入信号的响应不随时间变化。
3. 傅里叶变换的性质有哪些?傅里叶变换的性质包括线性、时移、频移、尺度、对称性、卷积定理等。
线性性质表明,信号的线性组合的傅里叶变换等于各个信号傅里叶变换的线性组合;时移性质表明,信号的时间平移会导致其傅里叶变换的相位变化;频移性质表明,信号的频率平移会导致其傅里叶变换的幅度变化;尺度性质表明,信号的尺度变化会导致其傅里叶变换的频率变化;对称性性质表明,实信号的傅里叶变换是共轭对称的;卷积定理表明,时域的卷积对应于频域的乘积。
4. 拉普拉斯变换与傅里叶变换的关系是什么?拉普拉斯变换是傅里叶变换的推广,它通过引入复频率变量s来扩展傅里叶变换的应用范围。
当s的虚部趋于无穷大时,拉普拉斯变换退化为傅里叶变换。
5. 什么是采样定理?采样定理指出,如果一个连续时间信号的频谱只包含在一定频率范围内,那么可以通过在一定采样率下对该信号进行采样来完全恢复原信号。
采样率必须大于信号最高频率的两倍,即奈奎斯特率。
6. 什么是系统的频率响应?系统的频率响应是指系统对不同频率的输入信号的响应。
它可以通过系统的传递函数在频域内进行分析,反映了系统对不同频率成分的放大或衰减情况。
7. 什么是系统的稳定性?系统的稳定性是指当输入信号为有界信号时,系统输出信号也保持有界的性质。
线性时不变系统可以通过其传递函数的极点位置来判断其稳定性。
8. 什么是系统的因果性?系统的因果性是指系统的输出在任何时刻只取决于当前和过去的输入,而不依赖于未来的输入。
因果系统的传递函数在频域内表现为左半平面的极点。
《信号与系统》总复习要点第一章绪论1.信号的分类:模拟信号,数字信号,离散信号,抽样信号2.信号的运算:移位、反褶、尺度、微分、积分、加法和乘法3. δ(t)的抽样性质 (式1-14)4.线性系统的定义:齐次性、叠加性5.描述连续时间系统的数字模型:微分方程描述离散时间系统的数字模型:差分方程6.连续系统的基本运算单元:加法器,乘法器,积分器离散系统的基本运算单元:加法器,乘法器,延时器7.连续系统的分析方法:时域分析方法,频域分析法(FT),复频域分析法(LT)离散子系统的分析方法:时域分析方法,Z域分析方法8.系统模拟图的画法9.系统线性、时不变性、因果性的判定第二章连续时间系统的时域分析1.微分方程的齐次解+特解的求法自由响应+强迫响应2.系统的零输入响应+零状态响应求法3.系统的暂态响应+稳态响应求法4.0-→0+跳变量冲激函数匹配法5.单位冲激响应h(t), 单位阶跃响应g(t), 与求法h(t)=g'(t), g(t)=h (-1)(t)类似δ(t)与u(t)的关系6.卷积的计算公式,零状态响应y zs (t)=e(t)*h(t)=∫∞-∞e(τ)h(t-τ)d τ=h(t)*e(t)7.卷积的性质串连系统,并联系统的单位冲激响应f(t)*δ(t)= f(t)f(t)*δ(t-3)= f(t-3)8. 理解系统的线性 P57 (1) (2) (3)第三章 傅立叶变换 t →w1.周期信号FS ,公式,频谱:离散谱,幅度谱2.非周期信号FT ,公式,频谱:连续谱,密度谱3. FT FT -14.吉布斯现象 P100---P1015.典型非周期信号的FT (单矩形脉冲)6.FT 的性质①对称性②信号时域压缩,频域展宽 P127,P128 ()[]⎪⎭⎫ ⎝⎛=a F a at f F ω1()()j t F f t e dt ωω∞--∞=⎰1()()2j t f t F e d ωωωπ∞-∞=⎰③尺度和时移性质 P129④频移性质:频谱搬移 cos(w 0t)的FT⑤时域微积分特性,频域微分特性⑥卷积定理(时域卷积定理、频域卷积定理)7.周期信号的FT :冲激8.抽样信号f s (t)的FT 及频谱F s (ω)9.抽样定理①条件 f s >=2f m w s >=2w m②奈奎斯特频率 f s =2f m③奈奎斯特间隔 T s =1/f s10.关于频谱混叠的概念第四章 拉普拉斯变换、连续时间系统的s 域分析 t →s 1. LT LT -12.典型信号的LT3.LT 性质:时移,频移,尺度,卷积()j 1e baf at b F a a ωω⎛⎫+↔⋅ ⎪⎝⎭0001[()cos()][()()]2F f t t F F ωωωωω=++-()()⎰∞∞--=tt f s F ts d e ()()⎰∞+∞-=j j d e j π21 σσss F t f t s []000()()()e st L f t t u t t F s ---=()e ()αt L f t F s α-⎡⎤=+⎣⎦[]()1() 0s L f at F a a a ⎛⎫=> ⎪⎝⎭4.LT 的逆变换①查表法②部分分式展开法(系数求法)③留数法5.LT 分析法 (第四章课件63张,64张,78张,81张) 求H(s), h(t), y zi (t), y zs (t), y(t)6.系统函数H(s) h(t) 一对拉氏变换对 H(s)的极点决定h(t)的形式H(s)的零点影响h(t)的幅度和相位7.H(s)的零极点 稳定性: ①②极点全在S 面左半面 P241 例4-26 8.连续系统的频响特性 H(jw)=H(s)│s=jw9.全通网络(相位校正),最小相移网络第五章 傅立叶变换应用于通信系统-滤波、调制与抽样1.h(t) H(jw) 构成傅式变换对2.无失真传输概念3.实现无失真传输的系统要满足的时域条件、频域条件4.理想低通滤波器的频响特性,及其单位冲激响应5.信号调制、解调的原理()||h t dt M ∞-∞≤⎰第七章 离散时间系统的时域分析1.离散序列的周期判定:2π/w 0,分三种情况讨论2.离散时间信号的运算、典型离散时间信号3.离散系统的阶次确定4.离散时间系统的差分方程,及模拟图的画法5.u(n), δ(n), g(n), h(n)的关系δ(n)= u(n)- u(n-1) h(n)= g(n)- g(n-1) 6.离散时间系统的时域求解法 (迭代、齐次解+特解、零输入+零状态)7.离散系统的单位冲激响应h(n)及其求法8.卷积和9.系统的零状态响应y zs (n)=x(n)*h(n) 10.有限长两序列求卷积:x 1(n):长N x 2(n):长M 见书例7-16, 对位相乘求和法, 长度:N+M-111.卷积性质:见课件第七章2,第35张12.离散系统的因果性,稳定性时域:因果性 n<0 ,h(n)=0稳定性 h(n)绝对可和()()k u n n k δ∞==-∑0()()k g n h n k ∞==-∑()()()()∑∞-∞=-=*m m n h m x n h n x ()n h n ∞=-∞<∞∑第八章 Z 变换、离散时间系统的Z 域分析1.LT →ZT: z=e sTZ 平面与S 平面的映射关系2. ZTZT -13.典型序列的Z 变换 4.Z 变换的收敛域: 有限长序列 有无0,∞右边序列 圆外左边序列 圆内双边序列 圆环5.逆Z 变换 ①查表法②部分分式展开法(与LT -1不同的,先得除以Z ) ③留数法6.ZT 的性质时移性质 (1)双边序列移位(2)单边序列移位 ①左移 ②右移 序列的线性加权性质序列的指数加权性质卷积定理7.Z 域分析法解差分方程:书P81 例8-16第八章课件2 第33张~37张 ()()n n X z x n z ∞-=-∞=∑()⎰-π=c n z z z X jn x d 21)(18.系统函数H(z) h(n) H(z) Z 变换对 求H(z), h(n), y zs (n), y zi (n), y(n), H(e jw ) *见书P86:例8-19, P109 8-36 8-379.离散系统的稳定性,因果性稳定性 因果性时域 n<0, h(n)=0 频域 H(z)所有极点在单位圆内 收敛域(圆外)含单位圆10.离散系统的频响特性H(e jw )=H(z)│z=ejw =│H(e jw )│e j ψ(w)幅度谱:描点作图,2π为周期相位谱书P98,例8-22, 第八章课件:59张,60张 ()n h n ∞=-∞<∞∑。
信号与系统考试题及答案(一)1. 系统的激励是)t (e ,响应为)t (r ,若满足dt)t (de )t (r =,则该系统为 线性、时不变、因果。
(是否线性、时不变、因果?) 2. 求积分dt )t ()t (212-+⎰∞∞-δ的值为 5 。
3. 当信号是脉冲信号f(t)时,其 低频分量 主要影响脉冲的顶部,其 高频分量 主要影响脉冲的跳变沿。
4. 若信号f(t)的最高频率是2kHz ,则t)f(2的乃奎斯特抽样频率为 8kHz 。
5. 信号在通过线性系统不产生失真,必须在信号的全部频带内,要求系统幅频特性为 一常数相频特性为_一过原点的直线(群时延)。
6. 系统阶跃响应的上升时间和系统的 截止频率 成反比。
7. 若信号的3s F(s)=(s+4)(s+2),求该信号的=)j (F ωj 3(j +4)(j +2)ωωω。
8. 为使LTI 连续系统是稳定的,其系统函数)s (H 的极点必须在S 平面的 左半平面 。
9. 已知信号的频谱函数是))00(()j (F ωωδωωδω--+=,则其时间信号f(t)为01sin()t j ωπ。
10. 若信号f(t)的211)s (s )s (F +-=,则其初始值=+)(f 0 1 。
二、判断下列说法的正误,正确请在括号里打“√”,错误请打“×”。
(每小题2分,共10分)1.单位冲激函数总是满足)()(t t -=δδ ( √ )2.满足绝对可积条件∞<⎰∞∞-dt t f )(的信号一定存在傅立叶变换,不满足这一条件的信号一定不存在傅立叶变换。
( × ) 3.非周期信号的脉冲宽度越小,其频带宽度越宽。
( √ )4.连续LTI 系统的冲激响应的形式取决于系统的特征根,于系统的零点无关。
( √ )5.所有周期信号的频谱都是离散谱,并且随频率的增高,幅度谱总是渐小的。
( × )三、计算分析题(1、3、4、5题每题10分,2题5分, 6题15分,共60分)1.信号)t (u e )t (f t-=21,信号⎩⎨⎧<<=其他,01012t )t (f ,试求)t (f *)t (f 21。
信号与线性系统总复习信号分析一、 信号的时域分析1、 常见信号①单位冲激函数:)(t δ定义:抽样性:②单位阶跃函数:)(t ε定义:阶跃与冲激的关系:③斜变函数:)()(t t t R ε=斜变与阶跃的关系:④指数函数:)(t e t εα-⑤门函数:)(t G τ⑥余弦函数:t 0cos ω ⑦正弦函数:t 0sin ω⑧冲激序列:∑∞-∞=-=n T nT t t )()(δδ)(t f )(k f ⎩⎨⎧=01)(t ε00<>t t ⎪⎩⎪⎨⎧==⎰∞∞-0)(1)(t dt t δδ0≠t ⎪⎩⎪⎨⎧==⎰∞-t d t dt t d t ττδεεδ)()()()()()0()()(t f t t f δδ⋅=⋅)0()()0()0()()()(f dt t f dt f t dt t f t ==⋅=⋅⎰⎰⎰∞∞-∞∞-∞∞-δδδ⎪⎩⎪⎨⎧==⎰∞-t d t R dt t dR t ττεε)()()()(2、 信号的运算:3、 信号的变换: 移位:反折:展缩:倍乘:4、 卷积:性质:延时特性:)()()(212211t t t f t t f t t f --=-*-微积分特性:二、 信号的频域分析(傅立叶变换分析法)1、 定义:2、 性质:设)()(11ωj F t f ↔;)()(22ωj F t f ↔;)()(ωj F t f ↔①线性:)()()()(22112211ωωj F a j F a t f a t f a +↔+ ②对称性:)(2)(ωπf jt F ↔ ③延时:0)()(0t j e j F t t f ωω±↔± ④移频:)()(00ωωωj j F e t f t j ↔±⑤尺度变换:)(1)(a j F a at f ω↔;)(1)(aj F e a b at f a bj ωω-↔-⑥奇偶特性:若)(t f 为实偶函数,则)(ωj F 也为实偶函数; 若)(t f 为实偶函数,则)(ωj F 也为实偶函数;⑦时域微分:)()()(ωωj F j dtt df ↔;)()()(ωωj F j dt t f d n nn ↔ )(0t t f ±)(t f -)(at f )(t af ∑∞-∞=-=*i i k fi f k f k f )()()()(2121⎰∞∞--=*τττd t f f t f t f )()()()(2121⎰∞∞--=dt e t f j F tj ωω)()(⎰∞∞-=ωωπωd e j F t f t j )(21)()()(21t f t f ±)()(21t f t f •⎰∞-*=td f dtt df ττ)()(21)(])([21t f d f t *=⎰∞-ττ)()(21t f t f *⑧时域积分:)(1)()0()(ωωωδπττj F j F d f t+↔⎰∞- ⑨频域微分:ωωd j dF t f jt )()()(↔-;n n nd j F d t f jt ωω)()()(↔-⑩频域积分:⎰∞-↔-ωΩΩδπd F t f jtt f )()(1)()0(⑾卷积定理:)()()()(2121ωωj F j F t f t f ↔*)()(21)()(2121ωωπj F j F t f t f *↔⋅3、 常见信号的傅立叶变换 1)(↔t δωωπδεj t 1)()(+↔ )]()([cos 000ωωδωωδπω++-↔t )]()([sin 000ωωδωωδπω--+↔j tωαεαj t e t +↔-1)(22sin )2()(τωτωττωττ=↔Sa t Gωj t 2)sgn(↔2222sin )2(01)(⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡↔⎪⎩⎪⎨⎧><-=τωτωττωττττSa t t t t f Tn nT t t n n T πΩΩωδΩωδΩδδΩ2)()()()(=-=↔-=∑∑∞-∞=∞-∞= 4、 周期信号的频谱①性质:离散性,谐波性,收敛性②级数绽开:③频谱:n A •与)(Ωωn =之间的关系图称频谱图; n A 与)(Ωωn =之间的关系图称为振幅频谱图; n ϕ与)(Ωωn =之间的关系图称为相位频谱图;时域 频域周期 离散 离散 周期 时域有限 频域无限 时域无限 频域有限5、 帕色伐尔定理[]⎰⎰∞∞-∞∞-=ωωπd j F dt t f 22)(21)(6、 抽样定理①频带有限信号②满意关系:m s f f 2≥∑∞=++=1)sin cos (2n n n t n b t n a a ΩΩ)(t f ∑∞=-+=10)cos(2n n n t n A a ΦΩ∑∞-∞=•=n tjn n e A Ω21∑∞-∞==n tjn nec Ω⎰+=Tt t n tdt n t f T b 11sin )(2Ωtdt n t f Ta Tt t n Ωcos )(211⎰+=⎰+-•=Tt t tjn n dtet f TA 11)(2Ω⎰+-=Tt t t jn n dte tf Tc 11)(1Ωnj n n e A A φ-•=nn A c •=2122nn n b a A +=nn n a b arctg=φ三、 信号的复频域分析(拉普拉斯变换分析法)1、 定义:2、 性质:①线性: )()()()(22112211s F a s F a t f a t f a +↔+ ②时移:0)()()(00st e s F t t t t f -↔--ε ③频移:)()(00s s F e t f t s -↔ ④尺度变换:)(1)(as F a at f ↔⑤时域微分:)0()0()0()()()1(21--------'--↔n n n n nn f f s f s s F s dtt f d ⑥时域积分:)(1)(s F sd f t↔⎰∞-ττ ⑦复频域微积分: ds s dF t tf )()(-↔;⎰∞↔s ds s F t f t )()(1⑧初、终值定理:)(lim )0(s sF f s ∞→+=;()(s F 为真分式))(lim )(0s sF f s →=∞⑨卷积定理:)()()()(2121s F s F t f t f ↔* )()(21)()(2121s F s F jt f t f *↔⋅π 3、 常见信号的拉氏变换、收敛区 1)(↔t δ,st 1)(↔ε ,as t e t -↔1)(εα, 1!+↔n n s n t , 22sin ωωω+↔s t ,⎰∞-=0)()(dte tf s F st ⎰∞+∞-=j j stds e s F jt f σσπ)(21)(22cos ωω+↔s st4、 反变换a.部分分式绽开法nn s s k s s ks s k s F -++-+-=2211)( )()()(2121t e k e k e k t f t s n t s t s n ε+++=b.留数法∑==ni i s t f 1Re )(①单根i s 处的留数 Re [()()]i st i i s s s F s e s s ==-②p 重根i s 处的留数 111Re [()()](1)!i p st p i i s s p d s F s e s s p s-=-=-- 四、(离散)信号的Z 域分析1、 定义:∑∞-∞=-=K kzK F Z F )()(2、性质:① 线性线性:)()()()(22112211z F a z F a k f a k f a +↔+ ② 移序:单边z 变换∑-=--↔+1)()()(n k knnzk f zz F z n k f)()()(z F z n k n k f n -↔--ε双边z 变换)()(z F z n k f n ↔+ )()(z F z n k f n -↔-③ 尺度变换:)()(a zF k f a k ↔④ z 域微分特性:)()(z F dzdzk kf -↔⑤ 卷积定理:)()()()(2121z F z F k f k f ↔*)()(21)()(2121s F s F jt f t f *↔⋅π ⑥ 初、终值定理:)(lim )0(z F f z ∞→=)()1(lim )(1z F z f z -=∞→3、 常见序列的Z 变换 1)(↔k δ, 1)(-↔z zk ε , γγ-↔z zk , 2)1(-↔z zk4、 反Z 变换a. 长除法b. 部分分式法nn z B z B z B z B z z F γγγ-++-+-+= 22110)( nn z z B z zB z z B B z F γγγ-++-+-+= 22110)( )()()()(22110k B B B k B k f kn n k k εγγγδ++++=c. 留数法1()Re ni i f k s ==∑①单根i z 处的留数 1Re [()()]i k i i z z s F z z z z -==-②p 重根i z 处的留数 1111Re [()()](1)!i p k p i i z z p d s F z z z z p z--=-=--系统分析卷积+三大变换(时域、频域、复频域、Z 域)一、 系统的时域分析1、 描述:a. 连续系统--微分方程b. 离散系统—差分方程)()()()()()()()(0111101111t e b dt t de b dtt e d b dt t e d b t r a dt t dr a dt t r d a dt t r d m m m m m m n n n n n +++=++++------ )t )k e )()1()()()1()1()(01011k e b k e b m k e b k y a k y a n k y a n k y m n +++++=++++-+++-3、全响应的求解连续:离散:a. 零输入响应 )(t r zi 、)(k y zi 特征方程:特征根:零输入响应:代定常数C 由初始条件确定:)()()(t r t r t r zs zi +=)()()(k y k y k y zs zi +=00111=++++--a a c n n n λλλ 00111=++++--a a c n n n γγγ 0)())((21=---n λλλλλλ 0)())((21=---n γγγγγγ knn k k zi c c c k y γγγ+++= 221)(tn ttzi n ec ec ec t r λλλ+++= 2121)()1()1(),0(-n y y y )0()0(),0()1(-'n zi zi zi r r r nγγγ,,,21 n λλλ,,,21 ⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧+++=+++='+++=----1122111)1(221121)0()0()0(n n n n n n n n nc c c rc c c r c c c r λλλλλλ ⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡'----n n n n n n n c c c rr r211121121)1(111)0()0()0(λλλλλλ⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡'⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡-----)0()0()0(111)1(1112112121n n n n n n n rr r c c cλλλλλλnn ij A AA )(11=-b. 零状态响应 )(t r zs 、)(k y zs4、解的分解零输入响应+零状态响应 自然响应+受迫响应 暂态响应+稳态响应二、系统的频域分析 1、频域系统函数2、系统特性幅频特性:相频特性:3、信号通过线性系统不产生失真的条件时域:频域:三、系统的复频域分析法1、微分方程的拉氏变换分析法 利用拉氏变换的微分特性:)0()0()0()()()1(21--------'--↔n n n n nn f f s f s s F s dtt f d 把微分方程:011101)(a p a p a p b p b p b p H n n nm m +++++++=-- )(t h 011101)(a S a S a S b S b S b S H n n nm m +++++++=-- )(k h )()()(k e k h k y zs *=)()()(t e t h t r zs *=)()()(ωϕωωj e j H j H =)()()(ωωωj E j R j H zs =)(ωj H )(ωφ)()(0t t Ke t r -=0)(t j Ke j H ωω-=)()()()()()()()(0111101111t e b dt t de b dtt e d b dt t e d b t r a dt t dr a dt t r d a dt t r d m m m m m m n n n n n +++=++++------变为代数方程,其过程为: ①)()()0()0()0()()()1(21s P s R s r r s r s s R s dtt r d k k k k k k k k -=--'--↔------ )0()0()0()()1(21------++'+=k k k k r r s r s s P 是与初始条件有关的关于s 的k 次多项式②)()()0()0()0()()()1(21s Q s E s e e s e s s E s dtt e d l l l l l l l l -=--'--↔------ 0)0()0()0()()1(21=++'+=------l l l l e e s e s s Q因为)(t e 是有始信号:0)0()0()0()1(==='=----l e e e 所以:)()(s E s dtt e d l l l ↔ ③把以上结果代入微分方程得:)()()()()()()(01111111s R a s P a s sR a s P a s R s a s P s R s n n n n n n +-++-+-----)()()(01s E b s sE b s E s b m m +++=)()()()()(010111s E b s b s b s M s R a s a s a s m m n n n +++=-++++--)()()()()(s E s N s M s R s D =-其中:0111)(a s a s a s s D n n n ++++=--01)(b s b s b s N m m +++=)()()()(1111s P a s P a s P s M n n n +++=--)()()()()()()()(s R s R s D s M s E s D s N s R zi zs +=+= 可求得全响应:)()()(t r t r t r zs zi +=2、电路S 域模型等效法……3、系统函数与系统的稳定性011101)(a s a s a s b s b s b s H n n n m m +++++++=-- )())((2101n m m s s s b s b s b λλλ---+++= 若极点n λλλ 21,均在s 平面的左半平面,则系统稳定。
【信号与系统】复习总结笔记学习笔记(信号与系统)来源:⽹络第⼀章信号和系统信号的概念、描述和分类信号的基本运算典型信号系统的概念和分类1、常常把来⾃外界的各种报道统称为消息;信息是消息中有意义的内容;信号是反映信息的各种物理量,是系统直接进⾏加⼯、变换以实现通信的对象。
信号是信息的表现形式,信息是信号的具体内容;信号是信息的载体,通过信号传递信息。
2、系统(system):是指若⼲相互关联的事物组合⽽成具有特定功能的整体。
3、信号的描述——数学描述,波形描述。
信号的分类:1)确定信号(规则信号)和随机信号确定信号或规则信号 ——可以⽤确定时间函数表⽰的信号;随机信号——若信号不能⽤确切的函数描述,它在任意时刻的取值都具有不确定性,只可能知道它的统计特性。
2)连续信号和离散信号连续时间信号——在连续的时间范围内(-∞<t<∞)有定义的信号称为连续时间信号,简称连续信号,实际中也常称为模拟信号;离散时间信号——仅在⼀些离散的瞬间才有定义的信号称为离散时间信号,简称离散信号,实际中也常称为数字信号。
3)周期信号和⾮周期信号周期信号——是指⼀个每隔⼀定时间T,按相同规律重复变化的信号;⾮周期信号——不具有周期性的信号称为⾮周期信号。
4)能量信号与功率信号能量信号——信号总能量为有限值⽽信号平均功率为零;功率信号——平均功率为有限值⽽信号总能量为⽆限⼤。
5)⼀维信号与多维信号信号可以表⽰为⼀个或多个变量的函数,称为⼀维或多维函数。
6)因果信号若当t<0时f(t)=0,当t>0时f(t)≠0的信号,称为因果信号;⾮因果信号指的是在时间零点之前有⾮零值。
4、信号的基本运算:信号的+、-、×运算:两信号f1(·)和f2(·)的相+、-、×指同⼀时刻两信号之值对应相加减乘。
平移:将f(t)→f(t + t0)称为对信号f(·)的平移或移位,若t0< 0,则将f(·)右移,否则左移。
第1-2章:本章概念较多,需要理解和识记的内容较多,学习时要注意一、重点与难点1.几种常用的信号;2.公式的含义;3.线性、时不变、因果和稳定系统的判别;4.线性卷积的计算;5.采样的框图、时域采样定理及信号内插恢复的过程。
二、具体讲解1.线性卷积线性卷积是一种非常重要的一种运算,对它的求解,一般我们采用作图法。
线性卷积满足交换律,设两序列长度分别是N和M,线性卷积后序列的长度为N+M-1。
卷积的计算过程包括翻转、移位、相乘、相加四个过程。
1)将和用和表示,画出和这两个序列;2)选择一个序列,并将其按时间翻转形成序列;3)将移位n,得到;4)将和相同m的序列值对应相乘后,再相加。
2.连续信号的采样对连续信号进行理想采样,设采样脉冲,则采样输出在讨论理想采样后,信号频谱发生的变化时,可遵循下面的思路:1)由;2)由;3)根据频域卷积定理,由计算出。
计算过程:1)2)周期信号可以用傅里叶级数展开,因此其中系数所以其傅里叶变换3)因此,采样后信号频谱产生周期延拓,周期为Ωs,同时幅度为原来的1/T倍。
这是一个非常重要的性质,应熟练掌握。
例题1.用单位脉冲序列及其加权和表示图所示序列解:2.判别系统y(n) =T[x(n)]=a x(n)+ b是否为线性系统,是否为时不变系统?解:(1)线性T[x1(n)]= a x1(n)+bT[x2(n)]= a x2(n)+b而T[x1(n)+x2(n)]=a[x1(n)+x2(n)]+b≠a x1(n)+ b+a x2(n)+ b故此系统不是线性系统。
(2)时不变性T[x(n-n0)]=a x(n-n0)+by(n-n0) = a x (n-n0)+b= T[x(n-n0)]故该系统是时不变系统。
3.判别系统y(n) =T[x(n)]=x(n)cos(ω0n+φ)的因果稳定性。
解:(1)因果性因为y(n) =T[x(n)]=x(n)cos(ω0n+φ)只与x(n)的当前值有关,而与x(n+1),x(n+2)……等未来值无关,故系统是因果的。
(2)稳定性当| x(n)|<M时有|T[x(n)]|<M|cos(ω0n+φ)|,由于|cos(ω0n+φ)|≤1是有界的,所以y(n) =T[x(n)]也是有界的,故系统是稳定的。
4.若LTI系统的输入x(n)和输出y(n)满足下列差分方程y(n)=a y(n-1)+x(n)求起始条件分别为h(n)=0,n<0和h(n)=0,n>0时的单位脉冲响应。
解:(1)令x(n)=δ(n),根据起始条件可递推如下y(0)=δ(0)=1,y(1)=a y(0)=a,……y(n)=a y(n-1)=a^-n因此h(n)= y(n) =a^-n.u(n)(2)将差分方程改写成y(n-1)=1/a[y(n)-x(n)]n→n+1,则y(n)=1/a[y(n+1)-x(n+1)]根据起始条件可递推如下y(0)=1/a[y(1)-δ(1)]=0,y(-1)=1/a[y(0)-δ(0)]=-1/a,……y(n)=a y(n-1)=-a^-n因此h(n)= y(n) =-a^-n.u(-n-1)第三章:1本章涉及信号及系统的频域分析方法,概念较多,但很基础,学习时要注意。
2.DFT是为适应计算机分析傅里叶变换规定的一种专门运算,本章是数字信号处理课程的重点章节。
一、重点与难点1.序列的傅里叶变换(DTFT)的定义、物理意义和性质;2.z变换的定义、收敛域、性质,z反变换;3.系统函数,收敛域与系统因果、稳定性的关系;4.频率响应的定义,几何确定法。
5.DFT的定义、性质,DFT与z变换、DTFT 之间的关系;6.循环卷积的计算;7.频域采样定理;8.圆周卷积和线性卷积的关系,DFT计算线性卷积的框图;二、具体讲解1.离散时间系统的频率响应系统的单位脉冲响应h(n)的离散时间傅里叶变换称为系统的频率响应,它表征了离散时间系统在频域中的特性。
一般来说,是复函数,表示为其中,||称为系统的幅度响应或幅度特性,arg[]称为系统的相位响应或相位特性。
系统的频率响应是以2π为周期的ω的连续函数,这一点和连续系统的频率响应是不同的,学习时应加以注意。
若h(n)为实数,则系统的幅度响应在区间内是偶对称的,而相位响应是奇对称的。
2.傅里叶变换时域、频域对应关系根据序列的傅里叶变换和离散傅里叶级数频域特性,再结合连续时间信号的傅里叶变换频域特性,我们可以得出傅里叶变换时、频域的一般对应关系:连续→非周期,离散→周期。
这种对应关系很重要,要求熟记。
3.一些常用序列的z变换(1)单位脉冲序列Z[]=1(2)实指数信号,,,,4.系统函数零极点分布对系统特性的影响系统稳定的充要条件是系统函数H(z)的收敛域包括单位圆,一个稳定的因果系统的系统函数的所有极点都在单位圆内。
对这些结论要能够理解。
5.频域采样定理离散傅里叶变换相当于信号傅里叶变换的等间隔采样,也就是说实现了频域的采样,便于计算机计算。
那么是否任一序列都能用频域采样的方法去逼近呢?这是一个很吸引人的问题。
我们考虑一个任意的绝对可和的序列x(n),它的z变换为如果对X(z)单位圆上进行等距离采样现在要问,这样采样以后,信息有没有损失?或者说,采样后所获得的有限长序列x N(n)能不能代表原序列x(n)。
为了弄清这个问题,我们从周期序列开始由于所以也即是原非周期序列x(n)的周期延拓序列,其时域周期为频域采样点数N。
在第一章我们看到,时域的采样造成频域的周期延拓,这里又对称的看到,频域采样同样造成时域的周期延拓。
因此,如果序列x(n)不是有限长的,则时域周期延拓时,必然造成混叠现象,因而一定会产生误差。
对于长度为M的有限长序列,只有当频域采样点数N大于或等于序列长度M时,才有即可由频域采样值X(k)恢复出原序列x(n),否则产生时域混叠现象,这就是所谓的频域采样定理。
例题1.求,的反变换。
解:X(z)全为一阶极点,故极点上的留数为:所以根据给定的收敛域,可知第一项对应于因果序列,第二项对应于左边序列,因此2.已知H(z)=1-z^-N,利用几何法分析系统的幅频特性。
解:H(z)的极点为z=0,这是一个N阶极点,它不影响系统的幅频特性。
零点有N个,令z^N-1=0则,k=0,1,2...N-1N个零点等间隔分布在单位圆上。
当ω从0变化到2π时,每遇到一个零点,幅度为0,在两个零点的中间幅度最大,形成峰值。
通常将图所示幅频特性的滤波器称为梳状滤波器。
3.对有限长序列的Z变换在单位圆上进行5等份采样,得到采样值,即,试根据频率采样定理求的逆离散傅里叶变换。
解:3.快速傅里叶变换并不是一种新的变换,它是离散傅里叶变换的一种快速算法。
、重点与难点1.DFT提高运算量的途径;2.基2FFT的算法原理和FFT运算特点;3.实序列FFT算法思路2.画一个按时间抽取4点序列的基2FFT流图。
在图上标明时域、频域各输入、输出项的排列顺序,并标出由第4根水平线(从上往下数)发出的所有支路的系数。
解:第四章1掌握IIR和FIR两种滤波器的基本网络结构。
一、重点与难点1.信号流图与方框图;2.IIR滤波器的基本结构;3.FIR滤波器的基本结构。
1.已知IIR DF系统函数,画出直接型的结构流图。
解:其对应的差分方程为2.已知FIR滤波器的单位脉冲响应为试画出其直接型结构。
解:2.设计IIR滤波器常用的两种设计方法——脉冲响应不变法和双线性变换法。
一、重点与难点1.数字滤波器的分类,理想滤波器的幅频特性,性能指标;2.模拟滤波器的分类、特点和设计方法;3.脉冲响应不变法和双线性变换法的变换原理,s域和z域的映射关系,优缺点;1.图示是由RC组成的模拟滤波器(1)写出传输函数;(2)选用一种合适的转换方法将转换成数字滤波器,设采样间隔为T;(3)比较脉冲响应不变法和双线性变换法的优缺点。
解:(1)由图可知该滤波器为模拟高通滤波器(2)采用双线性变换法,因为选用脉冲响应不变法,会在高频处发生频率混叠现象。
(3)脉冲响应不变法:优点:时域逼近良好,;缺点:容易产生混叠失真,只适用于带限滤波器;双线性变换法:优点:设计运算简单;避免了频谱的混叠效应,适合各种类型滤波器;缺点:,会产生非线性频率失真。
3.线性相位FIR滤波器常用的两种设计方法——窗函数法。
一、重点与难点1.线性相位的基本概念;2.线性相位滤波器的分类、特点;3.窗函数法的设计思路,所设计滤波器与理想滤波器的不同之处,产生原因;4.窗函数的特点,窗函数在设计滤波器中的作用,对窗函数的要求;5.频率采样法的设计思路。
二、具体讲解1.四种线性相位FIR滤波器的特性实际使用时,一般来说,1型适合构成低通、高通、带通、带阻滤波器;2型适合构成低通、带通滤波器;3型适合构成带通滤波器;4型适合构成高通、带通滤波器。
习题1用矩形窗口设计法设计一个FIR线性相位低通数字滤波器,已知ωc=0.5π,N=21。
解:写出理想的频响,求得理想冲激响应为计算得加矩形窗所以2.根据下列技术指标,设计一个FIR低通滤波器。
通带截止频率ωp=0.2π,通带允许波动A p=0.25dB;阻带截止频率ωs=0.3π,阻带衰减A s =50dB。
解:查表可知,海明窗和布拉克曼窗均可提供大于50dB 的衰减。
但海明窗具有较小的过渡带从而具有较小的长度N 。
据题意,所设计的滤波器的过渡带为0.30.20.1s p ωωωπππ∆=-=-=利用海明窗设计的滤波器的过渡带宽8/N ωπ∆=,所以88800.1N ππωπ===∆理想低通滤波器的截止频率为0.252s pc ωωωπ+==理想低通滤波器的单位脉冲响应为sin[()]1() ()2c d n N h n n ωααπα--==-海明窗为2()[0.540.46cos()]() 1N nn R n N πω=--则所设计的滤波器的单位脉冲响应为sin[()]2() [0.540.46cos()](n) N 80()1c N n nh n R n N ωαππα-=-=--所设计的滤波器的频率响应为1()() N j j nn H e h n e ωω--==∑。