《信号与系统教学课件》§0.0序言

信号与系统教学课件欢迎来到信号与系统课程本课程将带您深入探索信号处理和系统分析的奥秘，为您打开电子工程世界的大门信号与系统的定义信号系统12信号是携带信息的物理量，如系统是处理信号的实体，可以声音、图像或电压是物理设备或数学模型相互关系3信号是系统的输入和输出，系统对信号进行处理和转换信号的分类按时间特性按幅值特性按确定性连续时间信号和离散时间信号模拟信号和数字信号确定性信号和随机信号系统的定义及特性系统定义1输入信号到输出信号的映射关系线性性2满足叠加原理时不变性3输入时间平移，输出相应平移因果性4输出仅依赖于当前和过去输入稳定性5有界输入产生有界输出信号与系统的应用领域通信控制信号传输、调制解调、编码解码自动控制系统、反馈控制、稳定性分析信号处理滤波、压缩、增强、识别信号与系统研究的历史发展世纪181傅里叶提出傅里叶级数理论世纪192拉普拉斯变换和Z变换的发展世纪中期203数字信号处理理论的兴起世纪末至今204小波分析和现代信号处理技术的发展信号与系统研究的意义技术创新学科基础推动通信、控制等领域的技术进为电子信息类专业奠定理论基础步分析工具跨领域应用提供强大的信号分析和系统设计在医学、金融等多个领域有广泛工具应用信号与系统的基础理论信号表示时域、频域和复频域表示方法系统模型微分方程、差分方程和传递函数分析方法时域分析、频域分析和变换域分析系统特性稳定性、因果性和线性时不变性分析线性时不变系统理论定义特性12满足线性性和时不变性的系统可用单位脉冲响应或传递函数完全描述分析方法应用34卷积、傅里叶变换和拉普拉斯滤波器设计、通信系统分析等变换时域分析方法卷积微分方程差分方程系统输出与输入和单位脉冲响应的卷积描述连续时间系统的输入输出关系描述离散时间系统的输入输出关系频域分析方法频域分析1研究系统对不同频率信号的响应频率响应2系统对正弦信号的稳态响应幅频特性3系统对不同频率信号的增益相频特性4系统对不同频率信号的相位移动傅里叶级数与变换傅里叶级数傅里叶变换周期信号分解为正弦分量的和非周期信号的频谱分析工具离散傅里叶变换快速傅里叶变换离散时间信号的频谱分析高效计算离散傅里叶变换的算法拉普拉斯变换定义特性应用将时域信号转换到复频域的积分变换线性性、时移特性、频移特性、微分和积系统分析、电路分析、控制系统设计分特性变换Z定义特性12离散时间信号的复频域表示线性性、时移特性、卷积定理应用反变换34离散系统分析、数字滤波器设利用留数定理或幂级数展开计采样定理与离散信号处理采样定理量化采样频率应不小于信号最高频率的两将连续幅值转换为离散幅值倍信号重建从离散样本恢复连续信号滤波器设计理论滤波器类型低通、高通、带通、带阻设计方法模拟滤波器设计、数字滤波器设计性能指标通带波动、阻带衰减、相位特性实现方式FIR滤波器、IIR滤波器状态空间法状态变量状态方程输出方程描述系统内部状态的最小变量集描述状态变量随时间变化的微分方程组将状态变量和输入映射到系统输出反馈系统理论反馈系统1输出信号回馈影响输入的系统负反馈2提高系统稳定性和抗干扰能力正反馈3增强信号，但可能导致不稳定闭环传递函数4描述反馈系统整体特性自适应滤波理论定义原理12能够自动调整参数以适应输入基于误差最小化准则不断更新信号特性的滤波器滤波器系数算法应用34LMS算法、RLS算法等回声消除、噪声抑制、信道均衡非线性系统分析定义特点不满足叠加原理的系统输出与输入的关系复杂，难以用简单方程描述分析方法应用相平面分析、描述函数法、李雅混沌系统、神经网络、模糊系统普诺夫稳定性理论随机信号处理理论随机过程统计特性处理方法随时间变化的随机变量序列均值、方差、自相关函数、功率谱密度维纳滤波、卡尔曼滤波、最大似然估计小波分析理论定义特点12利用局部化的基函数分析信号多分辨率分析，时频局部化能的时频特性力强变换应用34连续小波变换、离散小波变换信号去噪、图像压缩、特征提取数字信号处理算法算法滤波器FFT FIR快速计算离散傅里叶变换有限脉冲响应滤波器设计滤波器IIR无限脉冲响应滤波器设计硬件电路实现模拟电路运算放大器、有源滤波器数字电路数字逻辑门、触发器、寄存器芯片DSP专用数字信号处理器FPGA现场可编程门阵列软件仿真实现信号与系统分析工具MATLAB Simulink强大的数值计算和可视化工具基于模块的仿真平台LabVIEW图形化编程环境，适合实时数据采集和处理信号与系统在各领域的应用通信控制语音处理调制解调、信道编码、信号检测反馈控制、稳定性分析、最优控制语音识别、语音合成、声纹分析自主学习资源推荐教材在线课程12《信号与系统》（奥本海姆）MIT OpenCourseWare、、《数字信号处理》（程佩青Coursera上的相关课程）实践平台学术论文34MATLAB信号处理工具箱、IEEE信号处理汇刊、自动化学GNU Radio报本课程的重点难点重点难点1信号与系统课程关键概念傅里叶分析2理解频域分析的物理意义拉普拉斯变换3掌握复频域分析方法卷积4理解卷积的数学意义和物理解释采样定理5理解采样与信号重建的关系授课方式与考核方式授课方式考核方式•课堂讲授•平时作业30%•习题讨论•实验报告20%•实验课•期末考试50%课程总结基础理论实践技能掌握信号与系统的核心概念和分学会使用MATLAB等工具进行信析方法号处理应用能力创新思维能够解决实际工程问题，设计简培养分析问题和解决问题的能力单系统。