《信号处理初步》PPT课件

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1、测试技术基础洛阳理工学院机电系第五章、信号处理初步本章学习要求：1.了解信号模数转换和数模转换原理2.掌握信号采样定理，能正确选择采样频率3.了解数字信号处理中信号截断、能量泄露、栅栏效应等现象4.掌握常用的数字信号处理方法5.1数字信号处理概述1、数字信号处理的主要研究内容数字信号处理主要研究用数字序列来表示测试信号，并用数学公式和运算来对这些数字序列进行处理。内容包括数字波形分析、幅值分析、频谱分析和数字滤波。0AtX(0)X(1)X(2)X(3)X(4)2、测试信号数字化处理的基本步骤物理信号对象传感器电信号放大调制电信号A/D转换数字信号计算机显示A/D

2、转换电信号控制物理信号3、数字信号处理的优势1)用数学计算和计算机显示代替复杂的电路和机械结构2)计算机软硬件技术发展的有力推动a)多种多样的工业用计算机。b)灵活、方便的计算机虚拟仪器开发系统案例：铁路机车FSK(移频键控）信号检测与分析京广线计划提速到200公里/小时合作任务：机车状态信号识别(频率解调)虚拟仪器设计方案6.2模数(A/D)和数模(D/A)采样――利用采样脉冲序列，从信号中抽取一系列离散值，使之成为采样信号x(nTs)的过程。编码――将经过量化的值变为二进制数字的过程。量化――把采样信号经过舍入变为只有有限个有效数字的数，这一过程称为量化。1

3、、A/D转换4位A/D:XXXXX(1)0101X(2)0011X(3)0000实验：5.2模数(A/D)和数模(D/A)2)A/D转换器的技术指标5.2模数(A/D)和数模(D/A)(3)模拟信号的输入范围;如，5V，+/-5V，10V，+/-10V等。(1)分辨率;用输出二进制数码的位数表示。位数越多，量化误差越小，分辨力越高。常用有8位、10位、12位、16位等。(2)转换速度;指完成一次转换所用的时间，如:1ms(1KHz)；10us(100kHz)2、D/A转换过程和原理5.2模数(A/D)和数模(D/A)D/A转换器是把数字信号转换为电压或电流

4、信号的装置。D/A转换器的技术指标分辨率;转换速度;模拟信号的输出范围;A/D、D/A转换过程中的量化误差实验：5.2模数(A/D)和数模(D/A)5.3采样定理采样是将采样脉冲序列p(t)与信号x(t)相乘，取离散点x(nt)的值的过程。X(0),X(1),X(2),……,X(n)每周期应该有多少采样点？最少2点:实验：由于采样频率过低造成的混叠现象信号数字化出现的问题—混叠1定义：在频域中，如果平移距离过小，平移后的频谱就会有一部分相互交叠，从而使新合成的频谱与原频谱不一致，因而无法准确地恢复原时域信号，这种现象称为混叠。注意：将原频谱X(f)依次平移1/T

5、s至个采样脉冲对应的频域序列点上，然后全部叠加而成信号数字化出现的问题—混叠2混叠产生原因采样频率fs太低原模拟信号不是有限带宽的信号，即措施对非有限带宽的模拟信号，在采样之前先通过模拟低通滤波器滤去高频成分，使其成为带限信号。这种处理称为抗混叠滤波预处理。满足采样定理频域解释5.3采样定理0t0f0t0ft00f采样定理5.3采样定理为保证采样后信号能真实地保留原始模拟信号信息，信号采样频率必须至少为原信号中最高频率成分的2倍。这是采样的基本法则，称为采样定理。Fs＞2Fmax5.3采样定理需注意，满足采样定理，只保证不发生频率混叠，而不能保证此时的采样信号能

6、真实地反映原信号x(t)。工程实际中采样频率通常大于信号中最高频率成分的3到5倍。5.3采样定理频混现象实验：5.3采样定理频混计算：FsFsFsFs频混正常Fs/2工程处理：混迭频率=Fs-信号频率5.3采样定理A/D采样前的抗混迭滤波：物理信号对象传感器电信号放大调制电信号A/D转换数字信号展开低通滤波(0-Fs/2)放大5.3采样定理动手做：将声卡作为A/D、D/A卡,设计一个双通道信号采集器和信号发生器。5.4信号的截断、能量泄漏第五章、数字信号处理技术为便于数学处理，对截断信号做周期延拓，得到虚拟的无限长信号。用计算机进行测试信号处理时，不可能对无限长

7、的信号进行测量和运算，而是取其有限的时间片段进行分析，这个过程称信号截断。5.4信号的截断、能量泄漏周期延拓后的信号与真实信号是不同的，下面我们就从数学的角度来看这种处理带来的误差情况。设有余弦信号x(t),用矩形窗函数w(t)与其相乘，得到截断信号:y(t)=x(t)w(t)将截断信号谱XT(ω)与原始信号谱X(ω)相比较可知，它已不是原来的两条谱线，而是两段振荡的连续谱。原来集中在f0处的能量被分散到两个较宽的频带中去了，这种现象称之为频谱能量泄漏。5.4信号的截断、能量泄漏周期延拓信号与真实信号是不同的：能量泄漏误差泄漏：由于矩形窗函数的频谱是一个无限带宽

8、的sinc函数。所以即使