信号处理初步(第-五-章).ppt
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? 第五章
信号处理初步;重点:相关分析及其应用、功率谱分
析及其应用; ; 测试工作的目的是获得有用的信息,但测试信号中既含有有用信息,也含有大量干扰噪声。因此,信号处理的任务:修正测试系统的某些误差;滤除干扰噪声,提取有用信息;分离信、噪,提高信噪比。 ;研究信号的构成和特征值(对信号结构无影响)。 ; 信号处理可用模拟信号处理系统和数字信号系统来实现。 ;? 第一节 ; 随着微电子技术和信号处理技术的发展,在工程测试中,数字信号处理方法得到广泛的应用。从传感器获取的信号大多为模拟信号,进行数字信号处理之前,一般先要对信号作预处理和数字化处理。而数字传感器可直接通过接口与计算机联接,将数字信号送给计算机(或数字信号处理器)进行处理。;数字信号处理系统如下图:; 在数字处理之前,对信号用模拟方法进行的处理。;A / D转换:将预处理以后的模拟信号变为数
字信号,存入指定的地方。 ; ? 第二节
; 数字信号处理首先把一个连续变化的模拟信号转化成数字信号,然后由计算机处理,从中提取有用的信息。 ; 众所周知,数字计算机不能对一个连续的模拟信号计算,其原因为: ; 下面从图形上认识这一过程及出现的问题:
某一连续信号x(t)及傅立叶变换X(f); ; 为了用计算机计算,必须将x(t)变换成有限长的离散序列。; 工程测试技术与信息处理 第 5 章 ; 这在数学上可理解为把采样后的信号乘以一个矩形窗函数(图5-5),窗宽为T?。那么 。 ; 如图5-6所示。可见时域函数的截断导致频域函数出现皱波(泄漏),这是离散傅立叶变换引入的第二次误差 。; 图5-6中的频域函数仍不是计算机能接受的离散信号。; 至此,得到了如图5-8所示的离散傅立叶变换对,它在时域上和频域上都是用离散值表示的,且在时域、频域都周期化。但计算机中仅存储N个采样点,分别表示时域、频域波形的一个周期,可用此近似原来的连续傅立叶变换。那么,必须要做好该信号处理过程中采样、截断、DFT计算,否则均会引起失真和误差。 ;一、时域采样、混叠和采样处理 ;将连续变化的模拟信号离散化的过程。 ;X(0), X(1), X(2), ……, X(n) ;长度为T的连续时间信号x(t),从t=0点开始采样,采样得到的离散时间序列x(n)为;采样间隔 (Sample interval) :; 工程测试技术与信息处理 第 5 章 ; 工程测试技术与信息处理 第 5 章 ;频域解释 ; 工程测试技术与信息处理 第 5 章 ; 工程测试技术与信息处理 第 5 章 ; 工程测试技术与信息处理 第 5 章 ; 工程测试技术与信息处理 第 5 章 ;二、量化和量化误差 ; 把采样点上信号的瞬时幅值转换成二进制的数字量。即离散信号变成离散数字信号。 ; 在工作中,采用A / D转换器来完成,A / D的位数是一定的,且不论它的位数有多高,模拟信号采样点的幅值电平总落在两个相邻量化电平之间,就要舍入到相近的一个量化电平上,见上图,由于有舍入,就会产生误差。 ; 量化电平与信号实际电平之间的差 ,;三 、截断、泄漏、窗函数 ; 信号的历程是无限的,而不可能对无限长的信号进行处理,所以要截断。 ; 为便于数学处理,通常对截断的信号做周期延拓,得到虚拟的无限长的信号。 ; 工程测试技术与信息处理 第 5 章 ;周期延拓信号与真实信号是不同的:; 样本截断引起泄漏。
泄漏与窗函数(Function of the window)频谱的旁瓣有关,窗函数旁瓣↓,相应的泄漏误差也将减小。所以选择合适的窗函数也是信号处理中的重要问题之一。 ;克服方法之一:信号整周期截断;四、频域采样、时域周期延拓、
栅栏效应 ; 经过时域采样、截断后,其频谱在频域是连续的(图5-6),所以必须使频率离散化,实行频域采样; ; 时域采样的结果使时域信号平移至各脉冲坐标位置重新构图——时域周期延拓。 ;五、频率分辨力、整周期截断 ;频率采样间隔 ;六、常用的窗函数 ; 选择窗函数应使频谱的主瓣宽度窄、旁瓣幅度小。窄的主瓣可提高频率的分辨力,小的旁瓣可以减小泄漏。 ;(二)、三角窗 ;(三)、 汉宁
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