信号的分析与处理

《信号的分析与处理》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、第3章信号分析与处理通过测试所获得的信号往往混有各种噪声。噪声的来源可能是山于测试装置本身的不完善，也可能是由于系统中混入其他的输入源。信号的分析与处理过程就是对测试信号进行去伪存真、排除干扰从而获得所需的有用信息的过程。一般来说，通常把研究信号的构成和特征值的过程称为信号分析，把对信号进行必要的变换以获得所需信息的过程称为信号处理,信号的分析与处理过程是相互关联的。信号处理的方法包括模拟信号处理和数字信号处理两种方法。1•模拟信号处理法模拟信号处理法是肓接对连续时间信号进行分析处理的方法，其分析过程是按照一•定的数学模型所组成的运算网络来实现的，即使用模拟滤波器、乘法

2、器、微分放人器等一系列模拟运算电路构成模拟处理系统来获取信号的特征参数，如均值、均方根值、白相关函数、概率密度函数、功率谱密度函数等。2.数字信号处理法数字信号处理就是用数字方法处理信号，它可以在专用的数字信号处理仪上进行，也可以在通用计算机上或DSP芯片上通过编程实现。在运算速度、分辨力和功能等方面，数字信号处理技术都优于模拟信号处理技术。目前，数字信号处理已经得到越來越广泛的应用。3.1数字信号处理基础数字信号处理的特点是处理离散数据。尽管IT前已发展了不少数字式传感器，但大多数的传感器是模拟量传感器，其输出是模拟量，血口所测试的大多数物理过程本质上仍是连续的。因此

3、首先耍将传感器输出连续的模拟量时间序列变换成离散的时间序列。所以总有一个模/数(A/D)转换过程。这一过程把连续信号转变成等间隔的离散时间序列，并对该序列的幅值进行量化，然后送入通用计算机或专用数字信号处理仪中处理。由于通用计算机或专用仪器的容量和计算速度是有限的，因血处理的数据长度也是有限的，为此，信号必须经过截断，以致在时间序列的数字处理屮必然会引起一些谋差。如何恰当地运用数字分析方法，比较准确地提取原序列屮的有丿IJ信息呢？本节将对采用数字方法处理测试信号时的一些基础知识和概念做一些介绍。3.1.1数字信号处理的基本步骤数字信号处理的一般步骤町用图3」所示简单框图

4、来概括。把连续时间信号转换为与其相应的数字信号的过程称之为模/数(A/D)转换过程，反之则称为数/模(D/A)转换过程，它们是数字信号处理的必耍程序。图3.1数字信号处理系统框图1.信号预处理信号的预处理是将信号变换成适于数字处理的形式，以减小数字处理的难度。它包括：(1)信号电压幅值处理，使Z适宜于采样；(2)过滤信号屮的高频噪声；(3)隔离信号屮的直流分量，消除趋势项；(4)如果信号是调制信号，则进行解调。信号调理环节应根据被测对彖、信号特点和数学处理设备的能力进行安排。2.A/D转换A/D转换包括了在时间上对原信号等间隔采样、幅值上的量化及编码，即把连续信号变成离

5、散的时间序列，其处理过程如图3.2所示。0.1.2.321.…图3.2信号A/D转换过程3.数字信号分析数字信号分析可以在信号分析仪、通用计算机或专用数字信息处理机上进行。由于计算机只能处理有限长度的数据，所以要把长时间的序列截断。在截断时会产生一些谋羌，所以冇时要对截断的数字序列进行加权(乘以窗函数)以成为新的冇限长的时间序列。如冇必要还对以设计专门的程序进行数字滤波。然后把所得的有限长的时间序列按给定的程序进行运算。例如，作时域中的概率统计、相关分析、建模和识别，频域屮的频谱分析、功率谱分析、传递两数分析等。4.输出结果运算结果可肓接显示或打印，也可用数/模(D/A

6、)转换器再把数字量转换成模拟量输入外部被控装置。如有必耍可将数学信号处理结果输入后续计算机，用专门程序做后续处理。3.1.2采样、混叠和采样定理采样分时域采样和频域采样。1.时域采样采样过程可以看作用等间隔的单位脉冲序列去乘模拟信号。这样，各采样点上的信号人小就变成脉冲序列的权值，这些权值将被虽化成相应的二进制编码。英数学上的描述为，间隔为7；的周期脉冲序列g⑴乘模拟信号曲)。W)由式(3・1)表示，B

7、J心0,±1,±2,士3,・・・(3-1)由5函数的筛选特性式(2-66)可知网网-匸网心心T・如)”=0出±2,±3,…(3-2)经时域采样后，各采样点的信号幅值为X

8、S7；)。采样原理如图3.3所示，其中g(/)为采样函数。n・(LU