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西电期末考试信号与系统大总结(所有)
2025-09-30 23:17:56 责编:小OO
文档

连续时间信号离散时间信号
时间区间
瞬时功率
能    量

平均功率
周期信号

  

  

线   性

         

 判断方法:先线性运算,后经系统的结果=先经系统,后线性运算的结果                                                               

时不变性若,则

若,则

系统时不变性:

1电路分析:元件的参数值是否随时间而变化

2方程分析:系数是否随时间而变

  

3输入输出分析:输入激励信号有时移,输出响应信号也同样有时移。

功率信号:         

能量信号: 

备注 :

第1章  引论

第二、三章.连续时间信号、离散时间信号与系统时域分析

一.普通信号

普通信号   , 

直流信号  

实指数信号  

时间常数: 

虚指数信号
正弦信号
复指数信号  

二、冲激信号

冲激信号

        是偶函数

筛选特性特别: 

取样特性特别: 

展缩特性证明:1.  2.  3. 

阶跃信号

处可以定义为(个别点数值差别不会导致能量的改变)

性    质

1.   2.                 

斜坡信号

性    质

1.   2. 

高阶冲激信号

冲激偶信号  

说明:1.量纲是   2.强度的单位是

      3.是奇函数

筛选特性

证明:对两端微分

取样特性证明:关键利用筛选特性展开
展缩特性特别: 

      是奇函数

备注:1.尺度变换: 

三.卷积

连续时间信号离散时间信号
卷积定义
交 换 率

分 配 率

结 合 率

奇异信号卷积特性单位样值信号卷积特性
单位元特性
延时特性
积分特性
冲激偶卷积
四.电路元件的运算模型

元件名称电路符号时   域

电路符号频   域

电路符号复   域

关系

运算模型运算模型运算模型
电   阻

电   容

电   感

五.连续时间系统时域分析

系统建立微分方程建立算子方程:             系统的特征方程:

     

六.系统的特征方程

连续时间系统零输入响应连续时间系统零输入响应
条      件

的表 式

的表达式

条件
n个各不相同的实数

k个各不相同的实数

r个重根,n-1个单根

        

      

q个重根,k-q个单根

i个成对的共轭复根

  

     

系统含有共轭复根

七.系统的冲激响应和单位样值响应

连续时间系统离散时间系统
传输算子

冲激响应

传输算子

样值响应

八.基本离散信号

单位样值信号

单位阶跃序列

斜变序列

矩形序列

复指数序列
指数序列
虚指数序列
九.离散信号的性质 

周期性
当即,才是周期序列

为数字角频率单位:弧度

为模拟角频率单位:弧度/秒  

序列的累加
序列的差分一阶前向: 

一阶后向: 

序列的移位单位超前算子: 

单位延迟算子: 

十.信号的分解 

直流分量与交流分量      奇分量与偶分量

          

备注:无

第四章.连续时间信号与系统频域分析

一.周期信号的频谱分析

   1. 简谐振荡信号是线性时不变系统的本征信号:

        

      傅里叶变换:      

     点 测 法: 

2.傅里叶级数和傅里叶变换

在时域内

周期信号傅里叶级数

在频域内

非周期信号傅里叶变换

周期信号傅里叶变换

  3.荻里赫勒(Dirichlet)条件(只要满足这个条件信号就可以用傅里叶级数展开)

   绝对可积,即

   的极大值和极小值的数目应有限

   如有间断点,间断点的数目应有限

  

4.周期信号的傅里叶级数      

周期信号的傅里叶级数信号集的正交性
三角形式
指数形式
  5.波形对称性与谐波特性的关系

对称性傅里叶级数中所含分量余弦分量系数

正弦分量系数

偶函数

只有余弦项,可能含直流
奇函数

只有正弦项
半波像对称(奇谐函数)

只有偶次谐波,可能含直流
半周期重叠(偶谐函数

只有奇次谐波
6.周期矩形脉冲信号

内瓣内含条谱线

7.线性时不变系统对周期信号的响应

一般周期信号: 

系统的输出  : 

二.非周期信号的傅里叶变换(备注)

备注序号说明内容
证明: 

      

求解:由  

                   

证明:    

      

证明: (令)

             

1. 

2.证明: 

用法:信号可以分解成两个信号,其中之一的频谱是冲激或冲激串使用
1.注意:要避免出现及等不确定的的乘积关系,如求不能用卷积定理,可先求出,再用频域微分特性。

2.证明:   而

        则

备   注

二.非周期信号的傅里叶变换

1.连续傅里叶变换性质

连续傅里叶变换性质及其对偶关系

傅氏变换 :                            

 傅氏反变换:                     

连续傅里叶变换对相对偶的连续傅里叶变换对
名称连续时间函

傅里叶变换

备注名称连续时间函数

傅里叶变换

备注
唯   一   性

线        性

尺度比例变换
对   称   性

时        移

频        移

时域微分性质频域微分性质
时域积分性质频域积分性质
时域卷积性质频域卷积性质
对   称   性

奇偶虚实性质是实函数

希尔伯特变换

时  域 抽 样

频 域 抽 样

帕什瓦尔公式   :能量谱密度、能量谱

中心纵坐标         (条件: )

    (条件:)

2.常用傅里叶变换对

  常用的连续傅里叶变换对及其对偶关系

            

连续傅里叶变换对相对偶的连续傅里叶变换对
重要连续时间函数

傅里叶变换

连续时间函数

傅里叶变换

重要
11
四.无失真传输

1.输入信号与输出信号的关系

  时域: 

  频域: 

2.无失真传输系统函数                                

 

 无失真传输满足的两个条件:

幅频特性:   (为非零常数)

   在整个频率范围内为非零常数

  相频特性:  (  )

     在整个频率范围内是过坐标原点的一条斜率为负的直线

3.信号的滤波:

通过系统后产生“预定”失真

改变一个信号所含频率分量大小

全部滤除某些频率分量

4.理想低通滤波器不存在理由:

单位冲击响应信号是在时刻加入滤波器             

的,而输出在时刻就有了,违反了因果律               

5.连续时间系统实现的准则

  时 域 特 性 :            (因果条件)

  频 域 特 性 :            

  佩利-维纳准则(必要条件): 

五.滤波

滤波器名称理想频率响应理想相幅特性实际电路图实际频率特性
低通滤波器

高通滤波器

带通滤波器
备      注

低通滤波器的通频带(截至频率):的频频谱范围

三.抽样与抽样恢复

抽样名称信号抽样时频表示
冲激串抽样时域: 

时域抽样定理:

为了使抽样信号能恢复信号,必须满足来那两个条件:

1.是带限信号,带宽为(或)

2.抽样频率或者抽样间隔

频域: 

脉冲串抽样时域: 

频域: 

时域抽样定理恢复: 

      

恢复系统单位冲激响应:

系统条件

频域抽样定理频域: 

时域: 

第五章.离散时间信号与时域分析

一.离散傅里叶级数(DFT)

  1.信号基本特征

信号      

周 期 性:时有理数时具有周期性

基波频率: 

基波周期:                                                                                                                                       

   

   2.信号与之间的差别

 
 不同,信号不同

频率相差,信号相同

 对于任何值,都是周期的

仅当时,才有周期性()

基波频率: 

基波信号

基波周期: 

基波信号: 

                                                                                

   3.DFS系数与IDFS变换对                        

    

4.离散傅里叶级数的性质

线         性

若,则

移  位

时间移位若,则

频域移位若,则

周期卷积 

时域移位若,则

频域移位若,则

二.离散时间傅里叶变换DTFT

1. 离散时间傅里叶变换DTFT

  非周期信号: 

      应用条件: 

  周期信号:

2.离散时间傅里叶变换性质

周  期  性

总是周期的,周期是。

线      性

若, 

则 

对  称  性

   

移位时 移

若  则

频 移

若  则

差 分 求 和

时 间 尺 度

若  则

      

频 域 微 分

帕塞瓦尔定理   :能量谱密度

序列一个周期的能量: 

卷 积 性 质

若  则

备    注

连续信号              离散信号

         

第六章.连续时间信号与时域系统分析

一.拉氏变换定义

1.不满足绝对可积信号为什么不能用傅氏变换

原因:信号衰减太慢或不衰减

(为了克服这种困难,可以用一个收敛因子与相乘)。

 2.拉氏变换的导出

            

  令                                          

  则:象函数:                

      原函数:         

  3.拉氏变换的收敛域                                  

  存在的条件:                      

                  (充分条件)            

信号特点

收敛域特点
有始有终,能量有限坐标轴落于,全部平面都属于收敛区

幅度即不增长也不衰减而等于稳定值,或随时间成比例增长的信号

收敛坐标落于原点,平面右半平面属于收敛区

按指数规律增长的信号,

只有当时才收敛,所以收敛坐标为

右边信号收敛域在收敛轴以右的平面,即

左边信号收敛域在收敛轴以左的平面,即

双边信号收敛域为平面的带状区域,即

二.拉氏反变换

部分分式展开法

留数法1一阶级点的留数   

2是阶极点       

注意:留数法中的应是真分式,若不是应用长除法变成真分式后再用留数法。

三.拉氏变换的性质

1.拉氏变换的性质

连续拉普拉斯变换性质及其对偶关系

拉氏变换 :                            

 傅氏反变换:                     

连续拉普拉斯变换对相对偶的连续拉普拉斯变换对
名称连续时间函数

拉氏变换

备注名称连续时间函数

拉氏变换

备注
线        性

收敛域

收敛域为函数收敛域重叠部分
尺度比例变换
收敛域: 

收敛域: 

时        移

复  频  移 

收敛域: 

收敛域: 

收敛域: 

收敛域: 

时域微分性质s域微分性质

时域积分性质s域积分性质

其中

时域卷积性质s域卷积性质

初值定理终值定理
2.拉氏变换的性质备注

备注序号备注内容
1.既有时移又有尺度变换: 

既有时移又有复频移: 

2.证明: 

令:   则:   

"

注意:时移特性只适于求的拉式变换                         

右边信号可写作,其中         

1. 

2.证明: 

证明:   

           

      

注意:         

1.注意1必须是真分式 ,如果不是要利用长除法变成真分式项,再利用初值定理。

       2初值定理是在时刻的值。

2.证明: 

         在区间

         

         令,则

1.终值定理存在条件:的极点全部落在左半平面或在处只有一阶级点。

2.证明:   令

则  

3.双边拉氏变换

1.收敛条件:  则拉氏变换在区域上存在。

  相同的双边拉式变换式,当取不同的收敛域时,其是各异的。

2.双边拉式变换的求法

  

  对上进行双边拉氏变换

      

3.双边拉氏反变换

留数法

注意:应该是真分数 

4.双边拉氏变换对与双边变换对

双边拉氏变换对与双边变换对的类比关系

                   

双边拉氏变换对双边Z变换对

重要连续时间函数

像函数和收敛域

离散时间序列

像函数和收敛域

重要
1,整个s平面

1,整个平面

,有限s平面

, 

, 

, 

, 

, 

, 

, 

, 

, 

,

, 

,

, 

,

, 

,

, 

,

, 

, 

, 

, 

, 

, 

, 

, 

, 

, 

, 

, 

5.复频域分析

1拉氏变换及求解微分方程的三步法:

1.对微分方程逐项取拉式变换,利用微分性质,待遇初始值。

2.对拉氏变换方程进行代数运算,求出相应的象函数

3.对响应的象函数进行拉氏反变换,得到全响应的是与表达式

2电路系统的分析

1.基尔霍夫定律:对任意节点,在任意时刻流入流出节点电流的代数和恒为零

2.电源

6.拉氏变换和傅氏变换的关系

12.单边拉氏变换和傅氏变换的关系

  

时,傅氏变换不存在,和不能互换

时, 

时,拉氏和傅氏变换均存在,但拉氏变换中有冲激函数和各阶导数项

在轴上有单值极点

  为极点在左半平面的部分分式和

总结: 任何有傅氏函数变换的有始信号,必然存在拉氏变换

       存在拉氏变换的任何有时信号,不一定有傅氏变换

第七章.变换

一.变换的定义

  

  

  二.变换和傅氏变换及拉氏变换的关系

1.拉氏变换与傅氏变换的关系

   

2.变换与拉氏变换的关系

3.平面与平面的映射关系

  平面的原点,影射平面,即的点          

  不同取值的平面影射关系                                  

平面

为常数: 

左半平面虚轴右半平面从左向右移
平面

为常数: 

单位圆内单位圆上单位圆外半径扩大
                     时域序列和变换收敛域的对应关系 :

  平面,实轴平面,正实轴                               

  影射不是单值的                                                   

        其中                          

  傅氏变换、拉氏变换和变换的关系                                     

  

时域序列变换收敛域

不包括,但包括

包括,但包括

不包括和

三.反变换

围线积分与极点留数法

     围线是在的收敛域内环绕平面原点逆时针旋转的一条封闭曲线

  

  是一阶极点: 

  是阶极点: 

  时, 

四.由零极点图确定傅氏变换的几何求值法

     当时,即时

=   令

于是  

注意:1在处加入或除去零点,不会使幅度特性发生变化,而只影响相位变化。

      2当点旋转到某极点附近时,如果矢量长度变短,则频率特性在该点处可能出现峰值。若极点   

        愈靠近单位圆,愈短,则频率特性在峰值附近愈尖锐,如果落在单位圆上,则频率特性的峰值趋近于无穷大

五.变换性质

变换性质及其对偶关系

变换:                            

 傅氏反变换:                     

变换对

相对偶的变换对

名称离散时间函数

变换

备注名称离散时间函数变换

备注
线        性

收敛域

收敛域

尺度比例变换域尺度变换

收敛域: 

收敛域: 

时        移

  频  移 

收敛域: 

收敛域: 

收敛域: 

收敛域: 

时域微分性质域微分性质

时域卷积性质域卷积性质

初值定理若是因果序列,则

终值定理若是因果序列,且其变换除在处有一阶极点外其它极点都在单位圆以内,则

变换性质备注

备注序号备注内容
注意:只有变换有零、极点被抵消,收敛域一定扩大

        

单边时移:若

          则

            

       

六.系统函数的应用

1.根据系统函数零、极点分布情况,可分析单位样值响应的变化规律

极点位置的特点

单位圆上等幅
时, 

单位圆内减幅
单位圆外增幅
2.系统的因果性、稳定性

系统特征的收敛域

因果的收敛域位于最外面极点的外边
稳定的收敛域一定包括单位圆
因果、稳定的全部极点位于单位圆以内
七.数字滤波器

按单位样值响应的时间特性分类

第八章.系统函数与状态变量分析

一.零极点和系统稳定性、因果性

1.、收敛域及系统特点

的特点

的特点

极点收敛域内无的任何极点

收敛域内无的任何极点

收敛域收敛域是一些平行于虚轴的带状区域,该区域以极点为限收敛域是在平面内以原点为中心的圆环,该圆环以极点为限

因果系统的收敛域在平面内最右边极点的右半开平面

的收敛域在平面内的最外面极点的外边

稳定系统的收敛域包含虚轴

的收敛域包含单位圆

因果稳定系统的极点全部位于平面的左半面

的极点全部位于单位圆内

注意:

极点确定了的时域波形,对的幅度和相位也有影响

零点

只影响的幅度和相位,对的时域波形无影响

2.系统稳定性定义:

  若输入,,为有限常数;则输出,,为有限常数

  一个线性时不变系统,若它的单位冲激响应是绝对可积的,则系统一定是稳定的。

3.劳斯—霍尔维茨稳定性判据

系统特征方程为 

          

1当阵列的第一列的元素符号变化相同(同为正或同为负),则特征方程的全部根位于左半平面,系统稳定。

2当阵列的第一列元素出现零值

  用一个无穷小量代替零

把特征方程中的换成

二.信号流图

Mason公式:

    

   —称为流图的特征行列式 

   =1-(所有不同环路的增益之和)+(每两个互不接触环路增益乘积之和)-(每三个互不接触环路增益乘积之和)+

   —表示有源点到阱点之间第条前向通路的标号

   —表示有源点到阱点之间的第条前向通路的增益

—它是除去与第条前向通路相连接的环路外,余下的特征行列式。

三.系统模拟

连接形式系统函数流图表达
直联形式
串联形式
并联形式
四.连续系统离散化

1脉冲响应不变法

:连续时间系统单位冲激响应

:离散时间系统的单位冲激响应 

2向后差分近似法

  

五.状态方程与输出方程

系统中有几个记忆元件,就有几个的状态变量

状态方程 

输出方程 

六.状态方程的建立

1从电路系统求状态方程

选取的电容上电压和电感中电流为状态变量,有时也选取电容电荷与电感磁链

对包含有电感的回路列写回路电压方程,其中必然包含,对连接由电容的结点列写结点电流方程,其中必然包含,注意只能将此项放在方程左边

把方程中非状态变量用状态变量表示

把状态方程和输出方程用矩阵形式表示。状态变量的个数k等于系统的阶数

2从信号流图建立状态方程

  方法:从最后一个结点开始依次向前取

七.状态方程和输出方程的解法

连续时间系统离散时间系统
时域形式
变换域形式
备注状态转移矩阵

的主要性质:

1       2   3  

4  5              6

八.状态方程判断和系统的稳定性、可控性、可测性

连续时间系统离散时间系统
系统函数
稳定性的根位于s平面的右半平面时稳定

的全部根位于Z平面的单位圆内时稳定

1.稳定性  

2.可控性

  1.定义:能否找到任意初态转移到任意终态的控制量问题

  2.可控性条件:

是满秩的,即的行列式为零

3.可测性

1定义:能否通过观测输入量来确定系统的初态问题

2.可测性条件: 是满秩的

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