信号与系统(郑君里)——第一章(绪论)

题记:   

       对于信号与系统,一直以来都是断断续续的学,断断续续的用,没有很系统的从头到尾的理透彻,对于实际工作来说,信号与系统以及数字信号处理都是内功,这些理论性的东西还是要扎实的搞搞透彻,写这篇博客,一是帮助自己记忆知识点,二是督促自己能够踏实的全部学习,三是有助于之后能够快速的查阅。当然后续还有数字信号处理、随机信号与系统以及离散时域随机信号与系统,对于信号的学习,应该是个极大的工程。。。。。。。

1.1 信号与系统

       什么是信号处理?可以理解为对信号进行某种加工或变换。加工和变换的目的是:削弱信号中的多余内容;滤除混杂的噪声和干扰;或者变换成容易分析与是识别的形式,便于估计和选择它的特征参量。20世纪80年代以来,由于高速数字计算机的运用,大大促进了信号处理研究的发展。

1.2 信号的描述、分类和典型示例

       信号可从不同角度进行分类:1、确定性信号与随机信号。2、周期信号与非周期信号。3、连续时间信号(模拟信号)与离散时间信号。其中离散时间信号可根据幅值是不是连续分为:抽样信号和数字信号。4、一维信号与多维信号。

(一)指数信号


指数信号波形(根据K和a分类)


(二)正弦信号



标准正弦信号波形


衰减的正弦信号:



正弦信号和余弦信号经常借助复指数信号来表示:



(三)复指数信号



虽然实际上不能产生复指数信号,但时他概括了多种情况,可以利用复指数信号来描述各种基本信号,如直流、指数、正弦、余弦、以及增长或衰减的正弦或余弦信号。利用复指数信号可使许多运算和分析得以简化。

(四)Sa(t)信号(抽样信号)





(五)钟形信号


钟形信号波形:



1.3 信号的运算

(一)移位、反褶与尺度


(二)微分和积分



微分运算可以使图形的边缘轮廓突出,积分运算可使突变的部分变得平滑(利用这一作用可削弱信号中混入的毛刺)

微分和积分的波形图


(三)两信号相加或相乘


相加和相乘的波形:


1.4 阶跃信号与冲激信号

(一)单位斜变信号


斜变波形图:



(二)单位阶跃信号


在跳变点 t = 0 处,函数值未定义,或在t = 0处规定函数值 u(0) = 1/2;

常用阶跃及其延时信号之差来表示矩形脉冲

              

                                             


或者阶跃信号可以表示一些接入特性

                  

                         

符号函数:




 (三)单位冲激信号

定义:

             



还有其他的定义方式:


                            

数学定义:

(狄拉克给出的冲激函数的定义方式)


图形如下:




上面两个式表明了冲激信号的抽样特性(筛选特性)

冲激函数的尺度运算

(证明的话可以从矩形的定义入手)

冲激函数是偶函数


冲激函数和阶跃函数的关系


因此有如下关系:




围观一个很有意思的物理解释:


假定Vc(t)是斜变信号:


则其电流变化为:


变化波形:


要使电容两端在无限短时间内建立一定的电压,在此无限短时间内必须提供足够的电荷,这就需要一个冲激电流,或者说冲激电流的出现,允许电容两端电压跳变。

(三)冲激偶信号

定义:


性质:




(图上就可以看出来)


1.5信号的分解

(一)直流分量和交流分量



(二)偶分量与奇分量


任何一个信号都可以分解成偶分量和奇分量两部分之和


具体写成如下:


如下示例:


(三)脉冲分量

一个信号可近似分解成许多脉冲分量之和。主要是分解成矩形窄脉冲分量:


此脉冲的表示式:


从 负无穷 到 正无穷 将许多矩形脉冲叠加,可得近似表达式。


取 极限 的情况:



(四)实部分量与虚部分量

对于瞬时值为复数信号f(t)可以分解为实、虚两部分之和


共轭复数:


实部和虚部的表示式:




1.6 系统模型及其分类

连续时间系统与离散时间系统:RLC和数字计算机

即时系统与动态系统:有记忆元件的系统就是动态系统

集总参数系统和分布参数系统:集总参数模型是常微分方程,而分布参数系统是偏微分方程,描述系统的独立变量不仅是时间变量,还考虑空间的变量

线性系统与非线性系统:具有叠加性和均匀性

时变系统与时不变系统:参数不随着时间的变化为时不变

可逆系统与不可逆系统:系统在不同的激励信号作用下产生不同的响应,则称此为可逆系统


1.7 线性时不变

(一)叠加与均匀性


(二)时不变性

激励为e(t),产生响应为r(t)

当激励为e(t-t0),产生响应为r(t-t0)


(三)微分特性


(四)因果性

因果性指的是系统在t0时刻的响应只与 t = t0 和 t < t0 时刻的输入有关,否则,即为非因果系统。

  因果系统

    非因果系统





















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