1、 信号与系统信息科学与工程学院第一章 信号与系统的基本概念 鸡尾酒会在一个鸡尾酒会现场，安放在不同位置的多个拾音器现场录音，那么所记录的信号实际上是不同声源的混合信号（如不同人的说话声、 音乐声以及其它声源的声音）人们希望从这些混合录音信号中把 不同的声源分离 出来，这显然不是一件很容易的事！传统频域滤波行不通 ：不同声源信号的频谱相互混叠在一起，无法有效地设计滤波器盲源分离 ：在信号的理论模型和源信号无法精确获知的情况下 ,如何从 混迭信号 (观测信号 )中分离出各源信号 的过程。混合声音信号盲源分离结果 笑声唱歌随机噪声第一章 信号与系统的基本概念人脸识别人脸识别 指利用分析比较人脸视觉特
2、征信息进行身份鉴别的计算机技术一般来说， 人脸识别系统 包括图像摄取、人脸定位、图像预处理、以及人脸识别（身份确认或者身份查找）系统输入一般是一张或者一系列含有未确定身份的人脸图像，以及人脸数据库中的若干已知身份的人脸图象或者相应的编码，而其输出则是一系列 相似度 得分，表明待识别的人脸的身份。第一章 信号与系统的基本概念降噪耳机先由安置于耳机内的讯号麦克风侦测耳朵能听到的环境中低频噪音 (100 1000Hz)；将噪声讯号传至控制电路，控制电路进行实时运算通过 Hi-Fi 喇叭发射与噪音 相位相反、振幅相同 的声波来抵消噪音第一章 信号与系统的基本概念胎儿心电信号提取母婴混合心电信号提取后的
3、胎儿心电信号 提取胎儿的心电信号有助于了解胎儿的发育状况 胎儿的心电信号 微弱 ，通常与母体心电信号混合，并受到外部噪声干扰严重 利用 局部投影算法 ，可以将不同的信号分解到不同空间中，提取出所关心的信号成分第一章 信号与系统的基本概念信号与系统的概念是一个非常普遍的概念电话网和Internet网电脑或终端调制解调器调制解调器电脑或终端收发电子邮件例 1：调制 是将数字信号与音频载波组合，产生适合于电话线上传输的音频信号（模拟信号）， 解调 是从音频信号中恢复出数字信号。 第一章 信号与系统的基本概念生物医学信号处理应用举例滤波 以前干扰严重滤波 以后干扰祛除例 2：设计系统以保留需要的信号而
4、排除不需要的信号。第一章 信号与系统的基本概念例 3： 高斯滤波 去雀斑设计一个按一定方式处理信号的系统之有价值的应用飞机自动驾驶仪 是一种能保持或改变飞机飞行状态的自动装置。它可以稳定飞行的姿态、高度和航迹；可以操纵飞机爬高、下滑和转弯。例 4： 飞机 -自动驾驶仪稳定飞机俯仰角的原理图升降舵面向上偏转飞机 -自动驾驶仪在本例中， 系统方块图、反馈概念 起着重要的作用， 系统方块图、 反馈概念也是本课程中要加以阐述的重要内容之一。当希望改变飞机的姿态时，可以通过选择特定的输入信号，或者通过系统与反馈系统的组合来实现。第一章 信号与系统的基本概念例 5： 电网谐波分析电弧炉 大型f50 250
5、幅度电网频谱分析 傅立叶分析 是频谱分析的基础，这一历史可追朔到 18、 19世纪的数学物理研究。第一章 信号与系统的基本概念例 6： 故障诊断 电动机鼠笼断条鼠笼断裂电机转子的鼠笼45 49 50 f定子电流电动机 频谱分析泄露第一章 信号与系统的基本概念例 7： 股市分析 (决策天机股票分析系统 )决策天机股票分析系统 （以下简称 “ 决策天机 ” ）是一款股票行情查看和分析软件，通过网络将股票市场的即时行情传送至客房端，支持监控预警功能，还可通过自身附带的分析功能对股市进行分析，为投资者提供有价值的参考依据，大盘走势图 （过去的） 风险预警评测 （将来的）信号：上证指数分时走势系统：计算
6、机程序形式第一章 信号与系统的基本概念虽然，在各个学科中的信号与系统的物理本质可能大不相同，但他们都有两个非常基本的共同点。1、信号是单个或多个独立变量的函数，而且一般来说，含有关于某种现象变化过程和特征的信息。2、系统则对特定信号激励而产生另外一些信号。以上所述的一些例子，只是有关信号与系统概念的广泛应用中的很小一部分。例 1： 收发电子邮件 例 2： 生物医学信号处理应用举例例 3： 高斯滤波 去雀斑 例 4： 飞机 -自动驾驶仪例 5： 电网谐波分析 例 6： 故障诊断 电动机鼠笼断条例 7： 股市分析第一章 信号与系统的基本概念*工业监控、生产调度、质量分析、资源遥感、地震预报、人工智
7、能、高效农业、交通监控*宇宙探测、军事侦察、武器技术、安全报警、指挥系统*经济预测、财务统计、市场信息 、股市分析*电子出版、新闻传媒、影视制作*远程教育、远程医疗、远程会议*虚拟仪器、虚拟手术信号与系统分析的基本方法和基本原理有着广泛的应用领域信号与系统分析的 基本方法和基本原理是科学家和工程师非常重要的基础知识。第一章 信号与系统的基本概念通过本门课程的学习，使学生 掌握 信号分析的 基本理论和方法 ，了解这些基本原理在 滤波、调制、抽样和反馈系统 分析等各种课题中的一些非常重要的基本应用。同时，提高学生的分析问题和解决问题的能力。本门课程是信号处理、网络理论、通信理论、控制理论 ,信息计
8、算等课程先修课程，它是通信与电子信息类专业的一门重要 学科基础课程 。 第一章 信号与系统的基本概念第 1 章 信号与系统的基本概念 第 2 章 连续信号与系统的时域分析 第 3 章 连续信号与系统的频域分析 第 4 章 连续系统的复频域分析 第 5 章 离散信号与系统的时域分析 第 6 章 离散信号与系统的频域分析 第 7 章 离散信号与系统的 Z域分析 第 8 章 系统的状态空间分析 第 9 章 随机信号通过线性系统 目 录第一章 信号与系统的基本概念第 1章 信号与系统的基本概念 1.0 信号与系统 1.1 信号的描述和分类 1.2 信号的基本特性 1.3 信号的基本运算 1.4 阶跃信
9、号和冲激信号 1.5 系统的描述 1.6 系统的特性和分类 1.7 信号与系统的分析方法 第一章 信号与系统的基本概念消息、信号、信息信号是消息的载体，表现为随时间变化的物理量。系统是有若干相互间有联系的事物组合而成并具有特定 功能的整体。系统、激励、响应第一章 信号与系统的基本概念信号与系统概述信号与系统课程体系信号与系统课程体系 信号与系统之间的关系信号与系统之间的关系系统与电路之间的关系系统与电路之间的关系信号与系统的应用领域信号与系统的应用领域课程学习的基本方法课程学习的基本方法第一章 信号与系统的基本概念连续系统离散系统系统的描述 输入输出描述法： N 阶微分方程系统响应求解状态空间
10、描述： N 个一阶微分方程组时域：频域：复频域：系统的描述 输入输出描述法： N 阶差分方程系统响应求解状态空间描述： N 个一阶差分方程组时域：频域：Z域：y(t)=f(t)*h(t)连续信号离散信号抽样时域：信号表达为冲激信号的线性组合频域：信号表达为正弦信号的线性组合（ CFS， CTFT）复频域：信号表达为复指数的线性组合（单边、双边）时域：信号表达为脉冲序列的线性组合频域：信号表达为正弦序列的线性组合（ DFS， DTFT）Z域：信号表达为复指数的线性组合（单边、双边）信号与系统Y(jw)=F(jw)*H(jw)Y(s)=F(s)*H(s)yk=fk*hkY(ejW )=F(ejW
11、)*H(ejW )Y(z)=F(z)*H(z)系统分析信号分析信号与系统课程体系第一章 信号与系统的基本概念信号分析连续信号离散信号抽样时域：信号分解为冲激信号的线性组合频域：信号分解为不同频率正弦信号的线性组合复频域：信号分解为不同频率复指数的线性组合时域：信号分解为单位脉冲序列的线性组合频域：信号分解为不同频率正弦序列的线性组合复频域：信号分解为不同频率复指数的线性组合第一章 信号与系统的基本概念系统分析连续系统离散系统系统的描述输入输出描述法： N阶微分方程系统响应的求解系统的描述系统响应的求解状态空间描述： N个一阶微分方程组时域：频域：复频域：输入输出描述法： N阶差分方程状态空间描
12、述： N个一阶差分方程组时域：频域：Z域：第一章 信号与系统的基本概念信号与系统是相互依存的整体。信号与系统之间的关系信号与系统之间的关系1. 信号必定是由系统产生、发送、传输与接收，离开系统没有孤立存在的信号；2. 系统的重要功能就是对信号进行加工、变换与处理，没有信号的系统就没有存在的意义。第一章 信号与系统的基本概念信号与系统的应用领域信号与系统的应用领域自动控制计算机技术信号处理信号检测与估计非电类 :社科领域：电类机械、热力、光学等股市分析、人口统计等信息与通信工程第一章 信号与系统的基本概念信号与系统的应用领域信号与系统的应用领域第一章 信号与系统的基本概念课程学习的基本方法课程学
13、习的基本方法3. 加强实践环节 (学会用 MATLAB进行信号分析 )，通过实验加深对理论与概念的理解。1. 着重掌握信号与系统分析的原理与方法，将数学概念、物理概念及其工程概念相结合。2. 注意提出问题，分析与解决问题的认知过程。4. 通过练习、复习和归纳等深刻理解基本概念，掌握分析与解决问题的方法。第一章 信号与系统的基本概念信号 是消息的表现形式，通常体现为随若干变量而变化的某种物理量 。在数学上，可以描述为一个或多个独立变量的函数。一维信号 :如果信号是单个独立变量的函数。n维信号 :信号为 n个独立变量的函数。为了方便起见，一般都将信号的自变量设为 时间 t或 序号 k。通常，将信号的图形表示称为 波形 或 波形图 。1.1.1 信号的描述 1.1 信号的描述和分类第一章 信号与系统的基本概念1.1.2 信号的分类 任一由确定时间函数描述的信号，称为 确定信号 或 规则信号 。 对于这种信号，给定某一时刻后，就能确定一个相应的信号值。如果信号是时间的随机函数，事先将无法预知它的变化规律，这种信号称为 不确定信号 或 随机信号 。 1. 确定信号与随机信号第一章 信号与系统的基本概念
