测试技术 (4).ppt

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1、第五章信号处理初步模拟信号0,1,2,3,2,1,…采样量化数字信号学习要求掌握数字信号处理的基本步骤；掌握相关分析的工程应用。对测试所得信号经过必要的加工变换以获得所需信息的过程。研究信号的类别、构成和特征值。分离信号、噪声，提高信噪比；从信号中提取有用的特征信号；修正测试系统的某些误差，如传感器的线性误差、温度影响等。信号处理信号分析信号处理目的信号处理系统模拟信号处理系统，可作为数字信号处理的预处理环节。数字信号处理系统。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

2、算机软硬件技术发展的有力推动多种多样的工业用计算机灵活、方便的计算机虚拟仪器开发系统（2）计算机软硬件技术发展的有力推动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D/A转换电信号控制物理信号数字信号处理的基本步骤1、信号调整信号调整的目的是把信号调整成为便于数字处理的形式。电压幅值调理，使信号幅值与A/D转换器的动态范围适应；必要的滤波，以提高信噪比，并衰减信号中不感兴趣的高频成分，减小频混的影响；隔离信号中不应有的直流分量；如果原信号为调制信号，则应解调。将预处理以后的模拟信号变

3、为数字信号，存入到指定的地方。2、数模（A/D）转换3、数字信号分析计算对采集到的数字信号进行分析和计算，可用数字运算器件组成的信号处理器完成，也可用通用的电子计算机，配上一定的程序软件或采用软、硬件相结合的方法完成。工程测试中信号的分析计算，主要是做时域中的概率统计、相关分析，建模和识别等。4、输出结果信号数字化出现的问题模拟信号频谱的计算过程主要包括三个步骤：000000一、采样把连续时间信号变成离散时间序列的过程。时域变化：用等时距的周期单位脉冲序列s(t)（或采样函数）去乘x(t)，即：s(t)x

4、(t)频域变化：信号频谱为X(f)与S(f)的卷积，即X(f)*S(f)Ts—采样间隔；fs=1/Ts—采样频率。（b）采样频率等于信号频率，正弦信号离散后得到直流信号（a）采样频率等于信号频率的2倍，正弦信号离散后得到三角波信号（c）采样频率小于信号频率，正弦信号离散后得到更低频率的正弦信号频混现象采样频率合适的情况下复原信号；采样频率过低的情况下，复原的是一个虚假的低频信号。当采样信号的频率低于被采样信号的最高频率时，采样所得的信号中混入了虚假的低频分量，这种现象叫做频率混叠。频混现象又称频谱混叠效应

5、，它是由于采样信号频谱发生变化，而出现高、低频成分发生混淆的一种现象。频混现象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fs必须至少为原信号中最高频率成分的两倍。fs>2fh信号x(t)的傅里叶变换为X(f)，其频带范围为-fh~fh当采样频率fs大于信号最高频率fh的两倍时，即fs>2fh，周期谱图相互分离如图中(b)所示。当采样频率较小时，即fs<2fh，周期谱图相互重叠，即谱图中高频与低频部分发生重叠，如图(c)所示，即频混现象，使信号复原时丢失原始信号中的高频信息。采样定理fsfh

6、X(f)S(f)f0注意：满足采样定理，只保证不发生频率混叠，而不能保证采样信号能真实地反映原信号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3~5倍。二、截断原因：计算机只能计算有限长序列的运算；时域变化：将信号乘以时域的有限宽矩形窗函数，即：x(t)s(t)ω(t)，它是进入计算机的信号。T—窗函数的宽度；N=T/Ts—所截取的时间序列数据点数。频域变化：频谱函数为X(f)*S(f)*W(f)出现问题：卷积中，W(f)的旁瓣引起新频谱的皱波。矩形窗有限长离散信号及其幅频谱时域信号x(t)即

7、使为带限信号，在截断后也必然成为无限带宽的信号，这种信号的能量在频率轴分布扩展的现象称为泄漏。信号截断→能量泄漏矩形窗函数的谱窗形状减小或抑制泄漏的措施：增长截断长度，合理选择窗函数。对窗函数的要求:主瓣宽度窄些，提高分辨力；旁瓣幅度小些，减小泄漏。常用窗函数三、离散傅里叶变换（DFT）DFT的作用：计算出s(t)x(t)ω(t)的“频谱”，同时对其频谱X(f)*S(f)*W(f)实施频域的采样处理，使其离散化。DFT的特点：将N点长的离散时间序列s(t)x(t)ω(t)变换成N点的离散频率序列。DFT是

8、在频域的一个周期fs=1/Ts输出N个数据点，输出的频率序列的间距频率采样函数DFT后的频谱及其时域函数频域采样函数量化误差：量化电平与信号实际电平之间的差值，最大值为。量化和量化误差量化：采样所得的离散信号的幅值用二进制数码组表示（离散信号变为数字信号）的过程。012345678012345x(1)=5x(2)=4x(3)=0x(4)=1x(5)=4x(6)=5x(7)=2x(8)=0设A/D转换器b位，允许的动态工作范围为