测试技术 信号及其描述

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1、第第1 1章章 信号及其描述信号及其描述Signal and Its Description1.0 序（序（Introduction）1.1 信号的分类（信号的分类（Signal Classification）1.2 信号的描述（信号的描述（Signal Description）1.3几种典型信号的频谱（几种典型信号的频谱（Several Typical Signals Spectrum）信号信号（signal）：随时间或空间变化的物理量。）：随时间或空间变化的物理量。信号是信息的载体，信息是信号的内容。信号是信息的载体，信息是信号的内容。依靠信号实现电、光、声、力、温度、压力、流量等的传输依

2、靠信号实现电、光、声、力、温度、压力、流量等的传输电信号易于变换、处理和传输，非电信号电信号易于变换、处理和传输，非电信号 电信号。电信号。信号分析与处理信号分析与处理（signal analysis and processing）不考虑信号的具体物理性质，将其抽象为变量之间的函数关系，不考虑信号的具体物理性质，将其抽象为变量之间的函数关系，从数学上加以分析研究，从中得出具有普遍意义的结论。从数学上加以分析研究，从中得出具有普遍意义的结论。序序1.0 1.0 序序（Introduction）信号无处不在信号无处不在通信通信 古老通信方式：烽火、旗语、信号灯。古老通信方式：烽火、旗语、信号灯。

3、近代通信方式：电报、电话、无线通讯。近代通信方式：电报、电话、无线通讯。 现代通信方式：计算机网络通信、视频电视传播、现代通信方式：计算机网络通信、视频电视传播、卫星传输、移动通信。卫星传输、移动通信。序序0001 1010 0111 1100 0110 01010101 0111 0110 0101 0001 1000摩尔码摩尔码序序故障诊断故障诊断序序心电图波形心电图波形医学医学序序生物医学信号处理应用举例生物医学信号处理应用举例滤波以前干扰严重滤波以前干扰严重滤波以后干扰去除滤波以后干扰去除序序生物医学信号处理应用举例生物医学信号处理应用举例 左下图是一段听觉响应的时间信号，没有表现出可

4、以识别左下图是一段听觉响应的时间信号，没有表现出可以识别的特征。的特征。 右下图是经过小波分析后得到的时间右下图是经过小波分析后得到的时间-频率关系平面，得到频率关系平面，得到明显可识别的特征。明显可识别的特征。05101520-0.2-0.15-0.1-0.0500.050.10.150.2t (ms)TEOAE (mPa)0246810121416020406080100120n (n=1128)(ms)序序1.1 1.1 信号的分类信号的分类 （Signal Classification）非平稳随机信号非各态历经信号各态历经信号平稳随机信号非确定性信号一般非周期信号准周期信号非周期信号一

5、般周期信号谐波信号周期信号确定性信号 信号信号 确定性信号确定性信号：能用明确的数学关系式或图像表达的信：能用明确的数学关系式或图像表达的信号称为确定性信号。号称为确定性信号。 )cos()(0tmkAtx1.1.1. 确定性信号和非确定性信号确定性信号和非确定性信号信号的分类信号的分类mx(t)0 x(t) 0 0Atk周期信号周期信号(period signal)：依一定的时间间隔周而复始、重：依一定的时间间隔周而复始、重复出现；无始无终。复出现；无始无终。)/(0mk周期周期：满足上式的最小满足上式的最小T 值。值。频率频率(frequency)：周期的倒数，周期的倒数，f = 1/T，

6、单位：（，单位：（Hz 赫兹）赫兹）圆频率圆频率/角频率角频率：频率乘以频率乘以2 f, 即即 =2 f =2 /T 实际应用中，实际应用中，n 通常取为正整数。通常取为正整数。数学表达：数学表达：信号的分类信号的分类), 2, 1()()(0nnTtxtxT0 = 2 / 0 =1/ f0(a) 正弦信号：正弦信号：(b) 复杂周期信号复杂周期信号：x(t)=Asin0.5 t+ Asin t +Asin2 tx(t)t0tT0Ax(t)00)sin()(00tAtx信号的分类信号的分类这种频率单一的正弦或余弦信号称为谐波信号。这种频率单一的正弦或余弦信号称为谐波信号。谐波谐波(harmon

7、ious)信号信号常用特征参量：均值、绝对均值、均常用特征参量：均值、绝对均值、均 方差值、均方根值（有效值）和均方值（平均功率）方差值、均方根值（有效值）和均方值（平均功率） 描述。描述。一般周期信号一般周期信号（如周期方波、周期三角波等）由多个乃至无（如周期方波、周期三角波等）由多个乃至无穷多个频率成分（频率不同的谐波分量）叠加所组成，叠加穷多个频率成分（频率不同的谐波分量）叠加所组成，叠加后存在公共周期。后存在公共周期。准周期信号准周期信号(quasi-periodic signal)也由多个频率成分叠加而也由多个频率成分叠加而成，但不存在公共周期。成，但不存在公共周期。信号的分类信号的

8、分类一般一般非周期信号非周期信号是在有限时间段存在，或随着时间的增加是在有限时间段存在，或随着时间的增加而幅值衰减至零的信号，又称为瞬变非周期信号。而幅值衰减至零的信号，又称为瞬变非周期信号。ttAtAtx31sin9sin)(例：准周期信号例：准周期信号信号的分类信号的分类x(t)ttx(t)瞬变信号瞬变信号：在有限时间段存在，或随时间的增加幅值衰减在有限时间段存在，或随时间的增加幅值衰减至零。至零。ttxtsine)(信号的分类信号的分类非确定性信号非确定性信号又称为随机（又称为随机（random）信号，是无法用明确）信号，是无法用明确的数学关系式表达的信号。如：的数学关系式表达的信号。如

9、：加工零件的尺寸加工零件的尺寸机械振动机械振动环境的噪声等环境的噪声等 根据是否满足平稳随机过程的条件，非确定性信号又可以分根据是否满足平稳随机过程的条件，非确定性信号又可以分为：为：平稳随机信号平稳随机信号非平稳随机信号非平稳随机信号 信号的分类信号的分类t0 x(t)随机信号：白噪声随机信号：白噪声t0 x(t)随机信号：随机信号：叠加白噪声的正弦信号叠加白噪声的正弦信号非确定性信号。非确定性信号。具有不重复性（在相同条件下，每次观测的结果都不具有不重复性（在相同条件下，每次观测的结果都不一样）、不确定性、不可预估性。一样）、不确定性、不可预估性。采用概率和统计的方法进行描述。采用概率和统

10、计的方法进行描述。l 随机信号随机信号信号的分类信号的分类与独立变量均离散）数字信号（信号的幅值量离散）一般离散信号（独立变离散信号量连续）一般连续信号（独立变与独立变量均连续）模拟信号（信号的幅值连续信号 1.1.2 连续（连续（continuous）信号和离散（）信号和离散（discrete）信号）信号t0连续信号连续信号t0离散信号离散信号信号的分类信号的分类1.1.3 能量信号和功率信号能量信号和功率信号 如周期信号、准周期信号、随机信号等。如周期信号、准周期信号、随机信号等。)()(2txtPdttxdttPtE)()()(2dttxtE)()(2ttxttttPttd )(1),(

11、2121221l 信号的瞬时功率：信号的瞬时功率：l 信号能量：信号能量：l 能量（有限）信号：能量（有限）信号：l 功率（有限）信号功率（有限）信号： 信号在有限区间信号在有限区间（t1, t2）上的平均功率上的平均功率： 如各类瞬变信号。如各类瞬变信号。信号的分类信号的分类 信号的时域描述信号的时域描述 以时间为独立变量，描述信号随时间的变化特征，以时间为独立变量，描述信号随时间的变化特征， 反映信号幅值随时间变化的关系。反映信号幅值随时间变化的关系。 波形图：时间为横坐标的幅值变化图。波形图：时间为横坐标的幅值变化图。 优点优点：形象、直观。：形象、直观。 缺点缺点：不能明显揭示信号的内