信号分析与处理16

信号分析与处理第一章绪论：测试信号分析与处理的主要内容、应用；信号的分类，信号分析与信号处理、测试信号的描述，信号与系统.测试技术的目的是信息获取、处理和利用。

测试过程是针对被测对象的特点，利用相应传感器,将被测物理量转变为电信号，然后，按一定的目的对信号进行分析和处理，从而探明被测对象内在规律的过程。

信号分析与处理是测试技术的重要研究内容.信号分析与处理技术可以分成模拟信号分析与处理和数字信号分析与处理技术。

一切物体运动和状态的变化，都是一种信号，传递不同的信息.信号常常表示为时间的函数，函数表示和图形表示信号。

信号是信息的载体,但信号不是信息，只有对信号进行分析和处理后，才能从信号中提取信息。

信号可以分为确定信号与随机信号；周期信号与非周期信号；连续时间信号与离散时间信号；能量信号与功率信号；奇异信号；周期信号无穷的含义，连续信号、模拟信号、量化信号，抽样信号、数字信号在频域里进行信号的频谱分析是信号分析中一种最基本的方法：将频率作为信号的自变量，在频域里进行信号的频谱分析；信号分析是研究信号本身的特征，信号处理是对信号进行某种运算。

信号处理包括时域处理和频域处理。

时域处理中最典型的是波形分析，滤波是信号分析中的重要研究内容;测试信号是指被测对象的运动或状态信息，表示测试信号可以用数学表达式、图形、图表等进行描述。

常用基本信号（函数)复指数信号、抽样函数、单位阶跃函数单位、冲激函数(抽样特性和偶函数）离散序列用图形、数列表示，常见序列单位抽样序列、单位阶跃序列、斜变序列、正弦序列、复指数序列.系统是指由一些相互联系、相互制约的事物组成的具有某种功能的整体。

被测系统和测试系统统称为系统.输入信号和输出信号统称为测试信号.系统分为连续时间系统和离散时间系统。

系统的主要性质包括线性和非线性，记忆性和无记忆性,因果系统和非因果系统，时不变系统和时变系统,稳定系统和非稳定系统。

第二章 连续时间信号分析：周期信号分析（傅立叶级数展开)非周期信号的傅立叶变换、周期信号的傅立叶变换、采样信号分析（从连续开始引入到离散）。

信号分析与处理课后答案一、信号分析基础1.1 什么是信号？信号是一种随时间变化的物理量或信息。

根据信号的特点，可以分为连续信号和离散信号。

连续信号是指在任意时间点上都能够取到值的信号，通常用连续函数来表示。

离散信号是指只在某些离散时间点上能够取到值的信号，通常用序列来表示。

1.2 信号处理的基本任务信号处理的基本任务包括信号的获取、表示、转换、分析和处理。

其中，信号的获取是指从外部获取信号的过程，信号的表示是指将信号用数学方法表示出来，信号的转换是指将信号从一种形式转换为另一种形式，信号的分析是指对信号进行频域、时域等方面的分析，信号的处理是指对信号进行滤波、降噪、压缩等处理操作。

二、离散信号的表示与运算2.1 离散信号的表示离散信号可以用序列表示。

序列是一系列按固定顺序排列的数值，通常用形如{x(n)}的表示方法。

2.2 离散信号的运算离散信号的运算包括加法、减法、乘法和除法等。

对于两个离散信号x(n)和y(n)，它们的加法可以写作z(n) = x(n) + y(n)，减法可以写作z(n) = x(n) - y(n)，乘法可以写作z(n) = x(n) * y(n)，除法可以写作z(n) = x(n) / y(n)。

三、信号的时域分析3.1 信号的时域表示信号的时域表示是指将信号用时间序列表示出来。

在时域分析中，常用的表示方法包括离散时间信号和连续时间信号。

离散时间信号可以用序列表示，连续时间信号可以用连续函数表示。

3.2 信号的时域分析方法信号的时域分析方法包括时域表示、自相关函数和相关函数等。

时域表示是指将信号在时域上的特征表达出来，自相关函数是指信号与其自身的乘积在不同时间点上的累加，相关函数是指两个信号在不同时间点上的乘积的累加。

四、信号的频域分析4.1 信号的频域表示信号的频域表示是指将信号在频域上的特征表达出来。

常用的频域表示方法包括傅里叶变换、频谱分析和功率谱分析等。

4.2 傅里叶变换傅里叶变换是一种将时域信号转换为频域信号的方法。

信号分析与处理1.什么是信息？什么是信号？二者之间的区别与联系是什么？信号是如何分类的？ 信息：反映了一个物理系统的状态或特性，是自然界、人类社会和人类思维活动中普遍存在的物质和事物的属性。

信号：是传载信息的物理量，是信息的表现形式。

区别与联系 信号的分类1.按照信号随自变量时间的取值特点，信号可分为连续时间信号和离散时间信号；2.按照信号取值随时间变化的特点，信号可以分为确定性信号和随机信号； 2.非平稳信号处理方法（列出方法就行） 1.短时傅里叶变换(Short Time Fourier Transform) 2.小波变换(Wavelet Transform)3.小波包分析(Wavelet Package Analysis)4.第二代小波变换5.循环平稳信号分析(Cyclostationary Signal Analysis)6.经验模式分解(Empirical Mode Decomposition)和希尔伯特-黄变换(Hilbert-Huang Transform) 3.信号处理内积的意义，基函数的定义与物理意义。

内积的定义：（1）实数序列：),...,,(21n x x x X =，nn R y y y Y ∈=),...,,(21它们的内积定义是：j nj jy xY X ∑=>=<1,（2）复数jy x z +=它的共轭jy x z -=*，复序列),...,,(21n z z z Z =，nn C w w w W ∈=),...,,(21，它们的内积定义为*=∑>=<j nj j w z W Z 1,在平方可积空间2L 中的函数)(),(t y t x 它们的内积定义为：dt t y t x t y t x ⎰∞∞-*>=<)()()(),( 2)(),(L t y t x ∈以)(),(t y t x 的互相关函数)(τxy R ，)(t x 的自相关函数)(τxx R 如下：>-=<-=⎰∞∞-*)(),()()()(τττt x t x dt t x t x R xx>-=<-=⎰∞∞-*)(),()()()(τττt y t x dt t y t x R xy我们把)(τ-t x 以及)(τ-t y 视为基函数，则内积可以理解为信号)(t x 与“基函数”关系紧密度或相似性的一种度量。

一、选择题：1、下列哪个系统不属于因果系统（ ）。

A 、]1[][][+-=n x n x n yB 、12()(0)2(0)3()y t x x f t =+-C 、[][]nk y n x k =-∞=∑ D 、()()(1)y t cf t df t =+-2、设激励为f 1(t )、f 2(t )时系统产生的响应分别为y l (t )、y 2(t )，并设a 、b 为任意实常数，若系统具有如下性质：af 1(t )+bf 2(t )↔ay l (t )+by 2(t )，则系统为（ ）。

A 、线性系统 B 、因果系统 C 、非线性系统D 、时不变系统3、右图所示f (t )的表达式为（C ）。

A 、[]()(1)(1)t t t t εεε--+- B 、[]()(1)t t t εε--- C 、[](1)()(1)t t t εε---- D 、[]()(2)t t t εε--4、结构组成和元件参数不随时间变化的系统称为（ ）系统。

A 、时变 B 、时不变 C 、线性 D 、非线性5、积分f (t )=13-⎰(2t 2+1)δ(t -2)dt 的结果为（ ）。

A 、1B 、3C 、0D 、9 6、积分55(4)()t t dt δ--⎰等于（ ）。

A 、-4B 、4C 、3D 、-37、已知信号()f t 的最高频率0f Hz ，则对信号(/2)f t 取样时，其频谱不混叠的最大取样间隔max T 等于（ ）。

A 、02f B 、 01f C 、012f D 、014f 8线性常系数微分方程()2()3()2()()y t y t y t x t x t ''''++=+表征的LTI 系统，其单位冲激响应h (t )中（ ）。

A 、包括()t δ项B 、不包括()t δ项C 、不能确认D 、包括()t δ'项 9、以下分别是4个信号的拉普拉斯变换，其中（C ）不存在傅里叶变换？A 、1sB 、1C 、12s -D 、12s +10、周期信号的频谱特点是（ ）。

第二章习题参考解答2.1 求下列系统的阶跃响应和冲激响应。

(1) )()1(31)(n x n y n y =--解 当激励为)(n δ时，响应为)(n h ，即：)()1(31)(n n h n h δ+-=由于方程简单，可利用迭代法求解：1)0()1(31)0(=+-=δh h ，31)0(31)1()0(31)1(==+=h h h δ，231)1(31)2()1(31)2(⎪⎭⎫ ⎝⎛==+=h h h δ…，由此可归纳出)(n h 的表达式：)()31()(n n h n ε=利用阶跃响应和冲激响应的关系，可以求得阶跃响应：)(])31(2123[311)31(1)31()()(10n k h n s n n k nk nk ε-=--===+=-∞=∑∑(2) )()2(41)(n x n y n y =--解 (a)求冲激响应)()2(41)(n n h n h δ=--，当0>n 时，0)2(41)(=--n h n h 。

特征方程0412=-λ，解得特征根为21,2121-==λλ。

所以： n n C C n h )21()21()(21-+= …(2.1.2.1)通过原方程迭代知，1)0()2(41)0(=+-=δh h ，0)1()1(41)1(=+-=δh h ，代入式(2.1.2.1)中得：121=+C C0212121=-C C 解得2121==C C ， 代入式(2.1.2.1)：0,)21(21)21(21)(>-+=n n h n n …(2.1.2.2)可验证)0(h 满足式(2.1.2.2)，所以：)(])21()21[(21)(n n h n n ε-+=(b)求阶跃响应通解为 n n c C C n s )21()21()(21-+=特解形式为 K n s p =)(，K n s p =-)2(，代入原方程有 141=-K K ， 即34=K完全解为34)21()21()()()(21+-+=+=n n p c C C n s n s n s通过原方程迭代之1)0(=s ，1)1(=s ，由此可得13421=++C C134212121=+-C C 解得211-=C ，612=C 。

信号分析与处理重要知识点信号分析与处理是一门研究信号的产生、传输、采集、处理、分析及其应用的学科。

随着现代科学技术的快速发展，信号分析与处理在工程技术、通信技术、医学影像、机器学习等领域得到了广泛应用。

下面是信号分析与处理的重要知识点。

1.傅里叶变换傅里叶变换是信号处理中最为常用的数学工具之一、它将一个信号分解成多个基频的正弦和余弦波，便于对信号的频谱进行分析。

傅里叶变换有很多应用场景，比如音频、图像、视频信号处理等。

2.时频分析时频分析是一种将时间和频率两个维度结合的信号分析方法。

它通过对信号在时间和频率上的变化进行分析，能够得到信号的瞬时频率、能量集中区域等特征。

时频分析常见的方法有短时傅里叶变换(STFT)、连续小波变换(CWT)、希尔伯特-黄变换(HHT)等。

3.数字滤波器设计数字滤波器是指能够对数字信号进行滤波处理的系统，通常由差分方程、频率响应函数等方式描述。

数字滤波器设计是信号处理中的核心内容之一，常见的数字滤波器有低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器等。

常用的滤波器设计方法有窗函数、零相位滤波器设计、最小相位滤波器设计等。

4.信号重构与插值信号重构与插值是对信号进行采样、压缩、恢复的过程。

在信号处理中，经常会遇到信号采样率不匹配、信号数据损失等情况，需要通过信号重构与插值的方法进行恢复。

常见的信号重构与插值方法有线性插值、多项式插值、样条插值等。

5.自适应信号处理自适应信号处理是指信号处理系统能够根据信号的特征，自动地调整处理参数，以适应信号的变化。

自适应信号处理常用的方法有LMS算法、RLS算法、神经网络等。

自适应信号处理广泛应用于通信系统、自动控制系统、智能系统等领域。

6.非平稳信号分析非平稳信号是指信号的统计特性随时间变化的信号。

非平稳信号分析是指对非平稳信号进行特性提取和分析的过程。

常见的非平稳信号分析方法有小波变换、时频分析、奇异谱分析、经验模态分解等。

7.高维信号处理高维信号是指在高维空间中描述的信号，如多维图像、多通道信号等。

第六章信号分析与处理信号分析与处理是一门研究信号特征、提取信息和改善信号质量的学科。

它是电子学、通信工程和计算机科学中的重要领域，主要应用于信号处理、图像处理、音频处理和视频处理等领域。

信号分析与处理的基本任务是从原始信号中提取有用的信息，这个过程涉及到信号的测量、表示、分析和解释。

在信号的测量方面，我们需要选择合适的传感器，以合理的采样频率和精度获取信号。

在信号的表示方面，常用的表示方法有时域表示和频域表示。

时域表示通过表示信号的幅度随时间的变化，如波形图。

频域表示则通过信号的频率分量来表示信号的特点，如频谱图。

对于周期性信号，还可以使用傅里叶级数展开来表示。

在信号的分析方面，常用的方法有傅里叶变换、小波变换和自相关分析等。

傅里叶变换将一个信号表示为一系列复指数函数的线性组合，从而揭示了信号的频谱特征。

小波变换则可以同时提供时域和频域的信息，是一种多尺度分析的方法。

自相关分析可以用来检测信号的周期性和相关性。

在信号的解释方面，我们需要根据信号的特征来推断信号产生的过程和机制。

信号处理涉及到信号的获取、传输和处理三个过程。

在信号的获取方面，我们需要选择合适的传感器和测量系统，并进行合理的采样和量化处理。

在信号的传输方面，我们需要考虑信号的传输介质和传输方式，以保证信号的完整性和稳定性。

在信号的处理方面，我们需要选择合适的算法和技术来提取信号中的信息并进行处理。

常用的信号处理方法有滤波、谱分析、降噪和增强等。

滤波是指通过选择合适的频率响应函数对信号进行频率选择。

谱分析是指对信号的频域特性进行分析，如频谱密度、功率谱和相位谱等。

降噪是指去除信号中的噪声成分，以提高信号的质量和可靠性。

增强则是指增强信号的有用成分，以提高信号的分辨率和清晰度。

在实际应用中，信号分析与处理经常用于音频、视频和图像的处理。

在音频处理方面，信号分析与处理可以用来音频增强、降噪和语音识别等应用。

在视频处理方面，信号分析与处理可以用来视频压缩、视频增强和视频分析等应用。

信号分析与处理一、引言信号是一种包含信息的物理量，广泛应用于通信、控制、生物医学等领域。

信号分析与处理是指对信号进行采集、处理和提取信息的过程，是数字信号处理的核心内容之一。

本文将介绍信号的基本概念、常见信号类型、信号处理方法及在工程实践中的应用。

二、信号的基本概念1. 信号的定义信号是随时间、空间或其他独立变量而变化的物理量。

根据信号的性质，可以将信号分为连续信号和离散信号两类。

连续信号是在连续时间范围内定义的信号，通常用数学函数表示；离散信号是在离散时间点上定义的信号，通常用序列表示。

常见的连续信号包括正弦信号、余弦信号等，离散信号包括单位阶跃信号、单位脉冲信号等。

2. 信号的分类根据信号的周期性、能量特性等可将信号分为周期信号和非周期信号、能量信号和功率信号等。

周期信号具有固定的周期性，在一个周期内重复；非周期信号则没有明显的周期性。

能量信号的总能量是有限的，功率信号的总能量是无穷大的，通常用能量谱和功率谱来表示。

三、信号处理方法1. 时域分析时域分析是对信号随时间变化的分析，常用的方法包括时域波形分析、自相关函数、互相关函数等。

时域波形分析通常用于观察信号的波形特征，自相关函数用于描述信号的自相似性，互相关函数则用于衡量两个信号之间的相关性。

2. 频域分析频域分析是对信号在频率域上的分析，可通过傅里叶变换将信号从时域转换到频域。

常用的频域分析方法包括频谱分析、滤波、功率谱估计等。

频谱分析可展示信号在频率上的组成结构，滤波用于调整信号的频率成分，功率谱估计可用于估计信号的功率分布。

四、工程实践应用1. 通信领域在通信系统中，信号分析与处理是保证通信质量的关键。

通过对信号的差错控制、调制解调、信道估计等处理，可以实现可靠的通信传输。

信号处理方法如多址调制、信道编码在通信系统中得到广泛应用。

2. 控制领域在控制系统中，信号处理用于对传感器采集的信号进行滤波、增强和解调，以实现系统的自动控制。

PID控制器、自适应控制等控制算法的设计离不开对信号的分析与处理。