信号处理原理 笔记 2
信号的数学基础
信号运算
共有四种基本运算:
- 四则运算:线性、乘除
- 波形变换:时移、压扩、反褶
- 数学运算:微分、积分
- 相互运算:卷积、相关
四则运算
略
波形变换
- 时移运算:将原信号的波形沿横轴平移b个单位,即f(t)→f(t−b)
- 反褶运算: 将原信号沿着纵轴翻转
- 压扩运算:将原信号压缩/扩张为原来的∣a∣个单位,a的符号决定是否需要反褶
注意:
- 画图细节,例如原点、横纵坐标轴
- 注意原函数振幅为0的部分
数学运算
举例:
- 能量信号:E(f(t))=∫−∞∞∣∣f(t)∣∣2dt
- 功率信号:P(f(t))=T→∞limT1∫−T/2T/2∣∣f(t)∣∣2dt
离散信号类似,将 ∫ 换为 ∑ 即可
相互运算
卷积运算
设f,g为两个连续时间信号,其卷积定义为:
(f∗g)(t)=f(t)∗g(t)=∫−∞∞f(t−τ)g(τ)dτ
运算性质:
- 交换律:f1∗f2=f2∗f1
- 分配率: f1∗(f2+f3)=f1∗f2+f1∗f3
- 结合律:f1∗(f2∗f3)=(f1∗f2)∗f3
- 微分积分性质:(f1∗f2)(n)=f1(m)∗f2(n−m)
上式中的n,m,n−m代表微分/积分的阶数,正数代表微分,负数代表积分
相关运算
定义为:
Rf1f2(t)=∫−∞∞f1(τ)f2(τ−t)dτ=∫−∞∞f1(τ+t)f2(τ)dτ
性质:
- Rf1f2(t)=Rf2f1(−t)
- Rf2f1(t)=f1(−t)∗f2(t)
奇异信号
Sa函数
略
单位斜变信号
定义为:
R(t)={0tt<0t≥0
截顶的单位斜变信号定义为:
R(t,τ)=⎩⎨⎧0tτt<00≤t<τt≥τ
单位阶变信号
定义为:
u(t)={01t<0t≥0
单位矩形脉冲信号
定义为:
Gτ(t)={10∣t∣≤τ/2∣t∣>τ/2
符号函数
sgn(t)={1−1t≥0t<0
单位冲激信号
狄拉克定义δ(t)为满足以下两式的信号:
δ(t)∫−∞∞δ(t)=0(t=0)=1
可一般化为:δE,t0(t)=Eδ(t−t0)
也可以定义为:
δ(t)=τ→0limτGτ(t)
性质:
f(t)∗δ(t)f(t)∗δ(t−t0)δ(at)∫−∞tδ(τ)dτ∫−∞∞f(t)δ(t−t0)dt=f(t)=f(t−t0)=∣a∣1δ(t)(a=0)=u(t)=f(t0)
当我们把很多个冲激点不同的冲激信号线性叠加时,可以得到冲激串信号,通常取冲激点为周期变化的序列,可以用于信号的抽样:
ΔTs(t)=n=−∞∑∞δ(t−nTs)
则我们可以对于信号f(t)抽样出其中的一个子信号序列:
fs(t)=f(t)⋅ΔTs(t)=n=−∞∑∞f(nTs)δ(t−nTs)