测试技术第二章信号分析基础

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1、第二章、测试信号分析基础第二章、测试信号分析基础本章学习要求：本章学习要求：1.1.了解信号分类方法了解信号分类方法 2.2.掌握信号时域波形分析方法掌握信号时域波形分析方法3.3.掌握信号时差域相关分析方法掌握信号时差域相关分析方法4.4.掌握信号频域频谱分析方法掌握信号频域频谱分析方法5.5.了解其它信号分析方法了解其它信号分析方法2.1 2.1 信号的分类与描述信号的分类与描述 信号的分类主要是依据信号波形特征来划分的，信号的分类主要是依据信号波形特征来划分的，在介绍信号分类前，先建立信号波形的概念在介绍信号分类前，先建立信号波形的概念 信号波形：信号波形：被测信号信号幅度随时间的变化历

2、程称被测信号信号幅度随时间的变化历程称为信号的波形。为信号的波形。波形波形0At 信号波形图：信号波形图：用被测物理量的强度作为纵坐标，用时用被测物理量的强度作为纵坐标，用时间做横坐标，记录被测物理量随时间的变化情况。间做横坐标，记录被测物理量随时间的变化情况。为深入了解信号的物理实质，将其进行分类研究是非为深入了解信号的物理实质，将其进行分类研究是非常必要的，从不同角度观察信号，可分为：常必要的，从不同角度观察信号，可分为： 1 1 从信号描述上分从信号描述上分-确定性信号与非确定性信号；确定性信号与非确定性信号；2 2 从信号的幅值和能量上从信号的幅值和能量上- -能量信号与功率信号；能量

3、信号与功率信号；3 3 从分析域上从分析域上-时域与频域；时域与频域；4 4 从连续性从连续性-连续时间信号与离散时间信号；连续时间信号与离散时间信号；5 5 从可实现性从可实现性 -物理可实现信号与物理不可实现信号物理可实现信号与物理不可实现信号。1 1 确定性信号与非确定性信号确定性信号与非确定性信号 可以用明确数学关系式描述的信号称为确定性信号。可以用明确数学关系式描述的信号称为确定性信号。不能用数学关系式描述的信号称为非确定性信号。不能用数学关系式描述的信号称为非确定性信号。周期信号：经过一定时间可以重复出现的信周期信号：经过一定时间可以重复出现的信号号x ( t )x ( t ) =

4、 = x ( t + nT )x ( t + nT )简单周期信号简单周期信号复杂周期信号复杂周期信号b) b) 非周期信号：在不会重复出现的信号。非周期信号：在不会重复出现的信号。准周期信号准周期信号: :由多个周期信号合成，但各信号频率不成由多个周期信号合成，但各信号频率不成公倍数。如：公倍数。如：x(t) = sin(t)+sin(2.t)x(t) = sin(t)+sin(2.t)瞬态信号瞬态信号:持续时间有限的信号，持续时间有限的信号， 如如 x(t)= e-Bt . Asin(2*pi*f*t)c)c)非确定性信号：不能用数学式描述，其幅值、相位变化非确定性信号：不能用数学式描述，

5、其幅值、相位变化不可预知，所描述物理现象是一种随机过程。不可预知，所描述物理现象是一种随机过程。 噪声信号噪声信号(平稳平稳)统计特性变异统计特性变异噪声信号噪声信号(非平稳非平稳)2 2 能量信号与功率信号能量信号与功率信号a)a)能量信号能量信号 在所分析的区间（在所分析的区间（-，），能量为有限），能量为有限值的信号称为能量信号，满足条件：值的信号称为能量信号，满足条件： dttx)(2一般持续时间有限的瞬态信号是能量信号。一般持续时间有限的瞬态信号是能量信号。b)b)功率信号功率信号 在所分析的区间（在所分析的区间（-，），能量不是有限值此），能量不是有限值此时，研究信号的平均功率更为

6、合适。时，研究信号的平均功率更为合适。TTTTdttx)(lim2213 3 时限与频限信号时限与频限信号 a) a) 时域有限信号时域有限信号在时间段在时间段 (t1(t1，t2)t2)内有定义，其外恒等于零内有定义，其外恒等于零三角脉冲信号三角脉冲信号b) b) 频域有限信号频域有限信号在频率区间在频率区间(f1(f1，f2 )f2 )内有定义，其外恒等于零内有定义，其外恒等于零正弦波幅值谱正弦波幅值谱4 4 连续时间信号与离散时间信号连续时间信号与离散时间信号 a) a) 连续时间信号连续时间信号: :在所有时间点上有定义在所有时间点上有定义 b)b)离散时间信号离散时间信号: :在若干

7、时间点上有定义在若干时间点上有定义采样信号采样信号5 5 物理可实现信号与物理不可实现信号物理可实现信号与物理不可实现信号物理可实现信号：又称为单边信号，满足条物理可实现信号：又称为单边信号，满足条件：件： t t0 0时，时，x(t) = 0 x(t) = 0， 即在时刻小于零的一侧全为零。即在时刻小于零的一侧全为零。b) b) 物理不可实现信号：在事件发生前物理不可实现信号：在事件发生前(t0)(t0)就预制知信号。就预制知信号。6 6 信号分析中常用的函数信号分析中常用的函数a) a) 函数函数: : 是一个理想函数，是物理不可实现信号。是一个理想函数，是物理不可实现信号。0,00,)(

8、ttt1)( dtttS(t)tS(t)tS(t)()(lim0tSt 1/ 特性：特性：1 1）乘积特性（抽样）乘积特性（抽样）f ttft f tt tf tt t( ) ( )( ) ( ), ( ) ()( ) ()00002 2）积分特性（筛选）积分特性（筛选）f ttff tttf t( ) ( )( ),( ) ()()0003 3）卷积特性）卷积特性f ttftdf t( )* ( )( ) ()( ) 4 4）拉氏变换）拉氏变换 ( )( )st ed tst 15 5）傅氏变换）傅氏变换 ()( )ft edtjft21b) sinc b) sinc 函数函数)( ,sin

9、,sin)(sintttortttc波形波形c) c) 复指数函数复指数函数tjtsteeejs;ttetettsincos图示：图示：j频率频率放大放大00性质：性质：1 1）实际中遇到的任何时间函数总可以表示为复指数函数）实际中遇到的任何时间函数总可以表示为复指数函数的离散和与连续和。的离散和与连续和。x tc ec e dsrs trsssstrAB( ) 2 2）复指数函数）复指数函数 的微分、积分和通过线性系统时总会存在于所的微分、积分和通过线性系统时总会存在于所分析的函数中。分析的函数中。ddtstststststHstesee dteseH se,/ ,( )2.2 2.2 信号

10、的时域波形分析信号的时域波形分析信号的时域波形分析是最常用的信号分析手段，用示波器、信号的时域波形分析是最常用的信号分析手段，用示波器、万用表等普通仪器直接显示信号波形，读取特征参数。万用表等普通仪器直接显示信号波形，读取特征参数。 1 1、信号波形图、信号波形图AtPp-pT P周期周期T T，频率，频率f=1/Tf=1/T峰值峰值P双峰值双峰值Pp-p4 4、均值、均值均值均值Ex(t)Ex(t)表示集合平均值或数学期望值。表示集合平均值或数学期望值。TTTxdttxtxE01)(lim)(均值：反映了信号变化的中心趋势，也称之为直流分量。均值：反映了信号变化的中心趋势，也称之为直流分量。

11、5 5、均方值、均方值 信号的均方值信号的均方值Ex2(t)Ex2(t)，表达了信号的强度；其正平方，表达了信号的强度；其正平方根值，又称为有效值根值，又称为有效值(RMS)(RMS)，也是信号平均能量的一种表，也是信号平均能量的一种表达。达。 22120 xTTTE xtxt dt ( )lim( )6 6、方差、方差信号信号x(t)x(t)的方差定义为：的方差定义为： 22120 xTTxTE x tE x tx tdt ( ( ) ( ) lim( ( )大方差大方差 小方差小方差 方差：反映了信号绕均值的波动程度。方差：反映了信号绕均值的波动程度。演示实验：演示实验：7 7、波形分析的