信号与线性系统分析+课件(第四版)吴大正_第一章_信号与系统

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1、本章主要内容本章主要内容 1.1 绪言 一、信号的概念 二、系统的概念 1.2 信号的描述与分类 一、信号的描述 二、信号的分类 1.3 信号的根本运算 一、加法和乘法 二、时间变换第一章第一章 信号与系统信号与系统 三、冲激函数的性质 四、序列(k)和(k)1.5 系统的描述 一、系统的数学模型 二、系统的框图表示 1.6 LTI系统分析方法概述1.1 绪论 一、信号的概念 1.消息 人们常常把来自外界的各种报道统称为消息。感觉、思想、意见等 2.信息 通常把消息中有意义的内容称为信息。本课程中对“信息和“消息两词不加严格区分。信号是信息的载体。通过信号传递信息。信号我们并不陌生，如铃声声信

2、号，表示该上课了；十字路口的红绿灯光信号，指挥交通；电视机天线接受的电视信息电信号；广告牌上的文字、图象信号等等。为了有效地传播和利用信息，常常需要将信息转换成便于传输和处理的信号。3.信号 一般而言，系统(system)是指假设干相互关联的事物组合而成具有特定功能的整体。如 、电视机、通信网、计算机网等都可以看成系统。它们所传送的语音、音乐、图象、文字等都可以看成信号。信号的概念与系统的概念常常紧密地联系在一起。信号的产生、传输和处理需要一定的物理装置，这样的物理装置常称为系统。系统的根本作用是对输入信号进行加工和处理，将其转换为所需要的输出信号。二、系统的概念 一、信号的描述一、信号的描述

3、 信号是信息的一种物理表达。它一般是随时间或信号是信息的一种物理表达。它一般是随时间或位置变化的物理量。位置变化的物理量。信号按物理属性分：电信号和非电信号。它们可信号按物理属性分：电信号和非电信号。它们可以相互转换。电信号容易产生，便于控制，易于以相互转换。电信号容易产生，便于控制，易于处理。处理。本课程讨论电信号本课程讨论电信号-简称简称“信号。信号。电信号的根本形式：随时间变化的电压或电流。电信号的根本形式：随时间变化的电压或电流。描述信号的常用方法描述信号的常用方法1 1表示为时间的函数表示为时间的函数 2 2信号的图形表示信号的图形表示-波形波形“信号与信号与“函数两词常相互通用。函

4、数两词常相互通用。1.2 信号的描述和分类二、信号的分类 1.确定信号和随机信号确定信号和随机信号 可以用确定时间函数表示的信号，称为确定信号或可以用确定时间函数表示的信号，称为确定信号或规那么信号。如正弦信号。规那么信号。如正弦信号。假设信号不能用确切的函数描述，它在任意时刻的假设信号不能用确切的函数描述，它在任意时刻的取值都具有不确定性，只可能知道它的统计特性，取值都具有不确定性，只可能知道它的统计特性，如在某时刻取某一数值的概率，这类信号称为随机如在某时刻取某一数值的概率，这类信号称为随机信号或不确定信号。信号或不确定信号。电子系统中的起伏热噪声、雷电干扰信号就是两种电子系统中的起伏热噪

5、声、雷电干扰信号就是两种典型的随机信号。典型的随机信号。研究确定信号是研究随机信号的根底。研究确定信号是研究随机信号的根底。本课程只讨论确定信号。本课程只讨论确定信号。确定信号与随机信号波形确定信号与随机信号波形 在连续的时间范围内(-t有定义的信号称为连续时间信号，简称连续信号。这里的“连续指函数的定义域时间是连续的，但可含间断点，至于值域可连续也可不连续。时间和幅值都为连续的信号称为模拟信号。2.连续信号和离散信号根据信号定义域的特点可分为连续时间信号和离散时间信号。离散时间信号 仅在一些离散的瞬间才有定义的信号称为离散时间信号，简称离散信号。假设幅值也离散就为数字信号。这里的“离散指信号

6、的定义域时间是离散的，它只在某些规定的离散瞬间给出函数值，其余无定义。如右图的f(t)仅在一些离散时刻tk(k=0,1,2,)才有定义，其余时间无定义。相邻离散点的间隔Tk=tk+1-tk可以相等也可不等。通常取等间隔T，离散信号可表示为f(kT)，简写为f(k)，这种等间隔的离散信号等间隔的离散信号也常称为序列。其中k称为序号。上述离散信号可简画为 用表达式可写为或写为f(k)=，0，1，2，2，0，1，0，通常将对应某序号通常将对应某序号m m的序列值称为第的序列值称为第m m个样点的个样点的“样值样值。3.周期信号和非周期信号 周期信号(period signal)是定义在(-，)区间，

7、每隔一定时间T(或整数N，按相同规律重复变化的信号。连续周期信号f(t)满足 f(t)=f(t+mT)，m=0,1,2,离散周期信号f(k)满足 f(k)=f(k+mN)，m=0,1,2,满足上述关系的最小T(或整数N)称为该信号的周期。不具有周期性的信号称为非周期信号。解：两个周期信号x(t)，y(t)的周期分别为T1和T2，假设其周期之比T1/T2为有理数，那么其和信号x(t)+y(t)仍然是周期信号，其周期为T1和T2的最小公倍数。1sin2t是周期信号，其角频率和周期分别为 1=2 rad/s，T1=2/1=s cos3t是周期信号，其角频率和周期分别为 2=3 rad/s，T2=2/

8、2=(2/3)s 由于T1/T2=3/2为有理数，故f1(t)为周期信号，其周期为T1和T2的最小公倍数2。2 cos2t 和sint的周期分别为T1=s，T2=2 s，由于T1/T2为无理数，故f2(t)为非周期信号。例1 判断以下信号是否为周期信号，假设是，确定其周期。1f1(t)=sin2t+cos3t 2f2(t)=cos2t+sint 解f(k)=sin(k)=sin(k+2m)，m=0,1,2,例2 判断正弦序列f(k)=sin(k)是否为周期信号，假设是，确定其周期。式中称为正弦序列的数字角频率，单位：rad。由上式可见：当2/为整数时，正弦序列周期N=2/。当2/为有理数时，正

9、弦序列仍为具有周期性，但其周期为N=M(2/)，M取使N为整数的最小整数。当2/为无理数时，正弦序列为非周期序列。)(sin)2(sinmNkmk 解1 sin(2k)的数字角频率为1=2 rad；由于2/1=为无理数，故f2(k)=sin(2k)为非周期序列。2 sin(3k/4)和k)的数字角频率分别为1=3/4 rad，2rad 由于2/1=8/3，2/2=4为有理数，故它们的周期分别为N1=8，N2=4，故f1(k)为周期序列，其周期为N1和N2的最小公倍数8。由上面几例可看出：连续正弦信号一定是周期信号，而正弦序列不一定是周期序列。两连续周期信号之和不一定是周期信号，而两周期序列之和

10、一定是周期序列。例3 判断以下序列是否为周期信号，假设是，确定其周期。1 f2(k)=sin(2k)2f1(k)=sin(3k)4能量信号与功率信号 将信号f(t)施加于1电阻上，它所消耗的瞬时功 率为|f(t)|2，在区间(,)的能量和平均功率定义为 1信号的能量 2信号的功率假设信号f(t)的能量有界，即E ,那么称其为能量有限信号，简称能量信号。此时P=0假设信号f(t)的功率有界，即P ,那么称其为功率有限信号，简称功率信号。此时E=相应地，对于离散信号，也有能量信号、功率信号之分。时限信号时限信号(仅在有限时间区间不为零的信号)为能量信号;周期信号属于功率信号，而非周期信号可能是能量

11、信号，也可能是功率信号。有些信号既不是属于能量信号也不属于功率信号，如 f(t)=e t。从数学表达式来看，信号可以表示为一个或多个变量的函数，称为一维或多维函数。语音信号可表示为声压随时间变化的函数，这是一维信号。而一张黑白图像每个点(像素)具有不同的光强度，任一点又是二维平面坐标中两个变量的函数，这是二维信号。还有更多维变量的函数的信号。本课程只研究一维信号，且自变量多为时间。5一维信号与多维信号6因果信号与反因果信号 常将t=0时接入系统的信号f(t)即在t 0，那么将f()右移；否那么左移。如平移与反转相结合 f(t)如以下图所示，请画出f(2-t)法一：先平移f(t)f(t+2),再

12、反转f(t+2)f(t+2)法二：先反转 f(t)f(t)再平移f(t)f(t+2)=f (t 2)通信系统通信系统为传送消息而装设的全套技术设备包括传输信道。为传送消息而装设的全套技术设备包括传输信道。发送发送设备设备信息源信息源发送端发送端接收端接收端消息消息信号信号信号信号消息消息信宿信宿信道信道接收接收设备设备噪声源噪声源3.尺度变换横坐标展缩 将f(t)f(a t)，称为对信号f(t)的尺度变换。假设a 1，那么波形沿横坐标压缩；假设0 a 1，那么展开。如 信号的尺度变换在实际生活中的例子对于离散信号，由于对于离散信号，由于f(a k)f(a k)仅在为仅在为a k a k 为整数

13、时才有为整数时才有意义，意义，进行尺度变换时可能会使局部信号丧失。因此进行尺度变换时可能会使局部信号丧失。因此一般不作波形的尺度变换。一般不作波形的尺度变换。见见p10 三种运算的次序可任意。但一定要注意始终对时间t 进行。例：f(t)，画出f(4 2t)。平移、反转、尺度变换相结合平移、反转、尺度变换相结合也可以先压缩、再平移、最后反转。也可以先压缩、再平移、最后反转。1.4 阶跃函数和冲激函数 阶跃函数和冲激函数不同于普通函数，称为奇异函阶跃函数和冲激函数不同于普通函数，称为奇异函数。研究奇异函数的性质要用到广义函数或分配数。研究奇异函数的性质要用到广义函数或分配函数的理论。函数的理论。这

14、节课首先直观地引出阶跃函数和冲激函数。这节课首先直观地引出阶跃函数和冲激函数。一、阶跃函数一、阶跃函数 下面采用求函数序列极限下面采用求函数序列极限 的方法定义阶跃函数。的方法定义阶跃函数。选定一个函数序列选定一个函数序列n(t)n(t)如下图。如下图。阶跃函数性质：阶跃函数性质：1可以方便地表示某些信号 r(t)=t(t),斜升函数斜升函数f(t)=2(t)-3(t-1)+(t-2)2用阶跃函数表示信号的作用区用阶跃函数表示信号的作用区间间 问：如何用阶跃函数表示如下信号问：如何用阶跃函数表示如下信号二、冲激函数 单位冲激函数是个奇异函数，它是对强度极大，作用时间极短一种物理量的理想化模型。

15、它由如下特殊的方式定义由狄拉克最早提出也可采用以下直观定义：对n(t)求导得到如下图的矩形脉冲pn(t)。高度无穷大，宽度无穷小，面积为高度无穷大，宽度无穷小，面积为1的对称窄脉冲。的对称窄脉冲。冲激函数与阶跃函数关系可见，引入冲激函数之后，间断点的导数也存在。如f(t)=2(t+1)-2(t-1)f(t)=2(t+1)-2(t-1)三、冲激函数的性质1 1.与普通函数f(t)的乘积取样性质 假设f(t)在t=0、t=a处存在，那么？冲激偶信号冲激偶信号 对冲激信号(t)求时间导数，得到一个新的奇异信号，即冲激偶信号，其表示式为()()dttdt0t(t)见书见书p14门函数门函数 以下图所示

16、矩形脉冲g(t)常称为门函数。g(t)1-/2-/20 t特点特点:宽度为，幅度为1。2|,02|,1)(tttg利用移位阶跃函数，门函数可表示为：利用移位阶跃函数，门函数可表示为：)2()2()(tttg二、冲激函数的广义函数定义二、冲激函数的广义函数定义 广义函数广义函数 选择一类性能良好的函数(t)(检验函数)，一个广义函数g(t)作用在(t)，得到一个数值Ng(t),(t)。广义函数广义函数g(t)可以写成可以写成)(),()()(ttgNdtttg冲激函数的广义函数定义冲激函数的广义函数定义)0()()(dttt)()()(11tdtttt移位移位冲激函数的导数(t)(t)也称冲激偶

17、(t)的定义：)0()()(fdttft?)(dtt)()()(11tdtttt移位移位0的定义：例题例题?)()(tn(t)的尺度变换？复合函数形式的冲激函数 实际中有时会遇到形如f(t)的冲激函数，其中f(t)是普通函数。并且f(t)=0有n个互不互不相等的实根相等的实根ti(i=1，2，n)；)(.)(21)()()(2iiiiiiitttftttftttftftf见书见书p22f(t)可以展开成泰勒级数可以展开成泰勒级数 假设假设f(t)=0的的n个根个根t=ti都是单根，即在都是单根，即在t=ti处处f(ti)0，那么在，那么在t=ti附近有：附近有：)(|)(|1)()(iiiit

18、ttftttftf)(|)(|1)(1iinitttftf是位于各是位于各ti处，处，n个冲激函数构成的冲击函数序列。个冲激函数构成的冲击函数序列。例：假设f(t)=4t2-1,那么有)21(41)21(41 142ttt1.4 1.4 系统的描述系统的描述 系统分类：系统分类：按数学模型的不同按数学模型的不同,系统可分为系统可分为:即时系统与即时系统与动态系统动态系统;连续系统与离散系统连续系统与离散系统;线性系统与线性系统与非线性系统非线性系统;时变系统与时不变时变系统与时不变(非时变非时变)系统系统等等等等.1 1、即时系统指的是在任意时刻的响应、即时系统指的是在任意时刻的响应(输出输出

19、信号信号)仅决定与该时刻的鼓励仅决定与该时刻的鼓励(输入信号输入信号),),而而与它过去的历史状况无关的系统。与它过去的历史状况无关的系统。2 2、如果系统在任意时刻的响应不仅与该时刻、如果系统在任意时刻的响应不仅与该时刻的鼓励有关而且与它过去的历史状况有关的鼓励有关而且与它过去的历史状况有关,就就称之为动态系统。称之为动态系统。系统的数学模型系统的框图表示系统的描述系统的描述3、当系统的鼓励是连续信号时,假设响应也是连续信号,那么称其为连续系统。4、当系统的鼓励是离散信号时,假设其响应也是离散信号,那么称其为离散系统。5、连续系统与离散系统常组合使用,可称为混合系统一、系统的数学模型一、系统

20、的数学模型数学模型数学模型:系统根本特性的数学抽系统根本特性的数学抽象象,是以数学表达式来表征系统的是以数学表达式来表征系统的特性特性.描述连续系统的数学模型是微分方程微分方程,而描述离散系统的数学模型是差分方程。差分方程。系统分析的根本思想：系统分析的根本思想：1.1.根据工程实际应用，对系统建立数学模型根据工程实际应用，对系统建立数学模型。通常表现为描述输入输出关系的方程。通常表现为描述输入输出关系的方程。2.建立求解这些数学模型的方法。建立求解这些数学模型的方法。)()()()(tutututuscRL)()(tuCtic)()()(tuRCtRitucR)()()(tuLCtiLtuc

21、L)(1)(1)()(tuLCtuLCtuLRtusccc 例：写出右图示电路的微分方程。例：写出右图示电路的微分方程。Us（t）LR+-+-Uc（t）C解：根据解：根据KVL有有利用以上各元件端电压与电流的关系可得：利用以上各元件端电压与电流的关系可得：二、系统的框图表示二、系统的框图表示 系统的数学模型所包括根本运算：相乘、微分、相加运算。将这些根本运算用一些理想部件符号表示出来并相互联接表征上述方程的运算关系，这样画出的图称为模拟框图，简称框图。积分器的抗干扰特性比积分器的抗干扰特性比微分器的好。微分器的好。1 1、表示系统功能的常用根本单元有、表示系统功能的常用根本单元有:积分器：积分

22、器：见书见书p25系统模拟：实际系统实际系统方程方程模拟框图模拟框图 实验室实现实验室实现指导实际系统设计指导实际系统设计 例例1 1：y y(t)+ay(t)+by(t)=f(t)(t)+ay(t)+by(t)=f(t)，画框图。画框图。解：将方程写为解：将方程写为y y(t)=f(t)ay(t)(t)=f(t)ay(t)by(t)by(t)例二见书例二见书p25某连续系统如以下图所示，写出某连续系统如以下图所示，写出该系统的微分方程。该系统的微分方程。y(t)+f(t)-x(t)x(t)x(t)a0 b0 b2 b1解：解：图中有两个积分器，因而系统为二阶系统。设右端积分器的输出为x(t)

23、，那么各积分器的输入分别是 x(t),x(t)。左方加法器的输出为)()()()(01tftxatxatx 为了得到系统的微分方程，要消去为了得到系统的微分方程，要消去x(t)及其导数。及其导数。右方加法器的输出为右方加法器的输出为)()()()(012txbtxbtxbty)()()(0001020 xabxabxabya)()()(1011121xabxabxabya)()()(012xbxbxby以上三式相加并整理得：以上三式相加并整理得：)()()()()()(01201tfbtfbtfbtyatyaty二、离散系统 设第k个月初的款数为y(k),这个月初的存款为f(k),上个月初的款

24、数为y(k-1)，利息为y(k-1),那么y(k)=y(k-1)+y(k-1)+f(k)即y(k)-(1+)y(k-1)=f(k)假设设开始存款月为k=0，那么有y(0)=f(0)。上述方程就称为y(k)与f(k)之间所满足的差分方程。所谓差分方程是指由未知输出序列项与输入序列项构成的方程。未知序列项变量最高序号与最低序号的差数，称为差分方程的阶数。上述为一阶差分方程。1.解析描述建立差分方程例：某人每月初在银行存入一定数量的款，月息为元/元，求第k个月初存折上的款数。由n阶差分方程描述的系统称为n阶系统。2.差分方程的模拟框图 根本部件单元有：数乘器，加法器，迟延单元移位器例：框图，写出系统

25、的差分方程。例：框图，写出系统的差分方程。解：设辅助变量x(k)如图x(k)=f(k)2x(k-1)3x(k-2)即x(k)+2x(k-1)+3x(k-2)=f(k)y(k)=4x(k-1)+5x(k-2)消去x(k)，得y(k)+2y(k-1)+3y(k-2)=4f(k-1)+5f(k-2)方程框图用变换域方法和梅森公式简单，后面讨论。根据框图求解微分或差分方程根据框图求解微分或差分方程的一般步骤：的一般步骤：(1)选中间变量x()。对于连续系统,设其最右端积分器的输出x(t);对于离散系统，设其最左端延迟单元的输入为x(k)；2写出各加法器输出信号的方程；3消去中间变量x()二、离散系统

26、设第k个月初的款数为y(k),这个月初的存款为f(k),上个月初的款数为y(k-1)，利息为y(k-1),那么y(k)=y(k-1)+y(k-1)+f(k)即y(k)-(1+)y(k-1)=f(k)假设设开始存款月为k=0，那么有y(0)=f(0)。上述方程就称为y(k)与f(k)之间所满足的差分方程。差分方程是指由未知输出序列项与输入序列项构成的方程。未知序列项变量最高序号与最低序号的差数，称为差分方程的阶数。上述为一阶差分方程。1.解析描述建立差分方程例：某人每月初在银行存入一定数量的款，月息为元/月，求第k个月初存折上的款数。由n阶差分方程描述的系统称为n阶系统。2.差分方程的模拟框图

27、根本部件单元有：数乘器，加法器，迟延单元移位器)例：离散系统框图，写出系统的差分方程。例：离散系统框图，写出系统的差分方程。解：设辅助变量x(k)如图 x(k)=f(k)2x(k-1)3x(k-2)，即x(k)+2x(k-1)+3x(k-2)=f(k)y(k)=4x(k-1)+5x(k-2)消去x(k)，得2y(k-1)=2*4x(k-2)+2*5x(k-3)3y(k-2)=3*4x(k-3)+3*5x(k-4)y(k)+2y(k-1)+3y(k-2),得:y(k)+2y(k-1)+3y(k-2)=4f(k-1)+5f(k-2)方程框图用变换域方法和梅森公式比较简单，后面讨论。解：设辅助变量解

28、：设辅助变量x(t)如下图。如下图。由左端加法器得由左端加法器得例：框图如以下图所示，写出系统的微分方程。例：框图如以下图所示，写出系统的微分方程。x(t)x(t)x(t)y(t)+f(t)-3 2 4 5)()(3)(2)(tftxtxtx)1()()(3)(2)(tftxtxtx 由2式可知，响应y(t)是x(t)及其各阶导数的线性组合，因而以y(t)为未知变量的微分方程左端的系数应与式1相同。由2式得 由右端加法器得由右端加法器得)2()(4)(5)(txtxty)(43)(53)(3)(42)(52)(2)(4)(5)(txtxtytxtxtytxtxty)(3)(2)(4)(3)(2

29、)(5)(3)(2)(txtxtxtxtxtxtytyty)(4)(5tftf根据框图求系统数学模型的一般步骤：根据框图求系统数学模型的一般步骤：(1)选中间变量x()。对于连续系统,设其最右端积分器的输出x(t);对于离散系统，设其最左端延迟单元的输入为x(k)；2写出各加法器输出信号的方程；3消去中间变量x()1.6 系统的特性和分析方法系统的特性和分析方法 连续的或离散的系统可分为：连续的或离散的系统可分为：1、线性的和非线性的；、线性的和非线性的；2、时变的和时不变非时变的；、时变的和时不变非时变的；3、因果的和非因果的；、因果的和非因果的；4、稳定的和非稳定的。、稳定的和非稳定的。本

30、书主要讨论线性时不变系统本书主要讨论线性时不变系统 1线性性质 系统的鼓励f()所引起的响应y()可简记为y()=T f()。线性性质包括两方面：齐次性和可加性。假设系统的鼓励f()增大a倍时，其响应y()也增大a倍，即T af()=a T f()那么称该系统是齐次的。假设系统对于鼓励f1()与f2()之和的响应等于各个鼓励所引起的响应之和，即T f1()+f2()=T f1()+T f2()那么称该系统是可加的。线性系统：线性系统：满足线性性质的系统。假设系统既是齐次的又是可加的，那么称该系统是线性的，即 Ta f1()+bf2()=a T f1()+bT f2()？2动态系统是线性系统的条

31、件动态系统不仅与鼓励 f()有关，而且与系统的初始状态x(0)有关。初始状态也称“内部鼓励。完全响应可写为y()=T f(),x(0)当动态系统满足以下三个条件时该系统为线性系统：可分解性：y()=yzs()+yzi()=T f(),0+T 0，x(0)零状态线性：Ta f(),0=a T f(),0 (齐次性)Tf1(t)+f2(t),0=T f1(),0+T f2(),0 (可加性)或 Taf1(t)+bf2(t),0=aT f1(),0+bT f2(),0零状态响应为零状态响应为yzs()=T f(),0零输入响应为零输入响应为yzi()=T 0，x(0)T0,ax(0)=aT 0,x(

32、0)(齐次性)T0,x1(0)+x2(0)=T0,x1(0)+T0,x2(0)(可加性可加性)或或 T0,ax1(0)+bx2(0)=aT0,x1(0)+bT0,x2(0)零输入线性：零输入线性：注：三个条件缺一不可注：三个条件缺一不可例题例题 解：1 yzs(t)=2 f(t)+1，yzi(t)=3 x(0)+1 显然，y(t)yzs(t)yzi(t)不满足可分解性，故为非线性。2 yzs(t)=|f(t)|，yzi(t)=2 x(0)y(t)=yzs(t)+yzi(t)满足可分解性；由于Ta f(t),0=|af(t)|a yzs(t)不满足零状态线性。故为非线性系统。例1：判断以下系统是

33、否为线性系统？1 y(t)=3 x(0)+2 f(t)+x(0)f(t)+12 y(t)=2 x(0)+|f(t)|3 y(t)=x2(0)+2 f(t)3 yzs(t)=2 f(t),yzi(t)=x2(0)，显然满足可分解性；由于T 0,a x(0)=a x(0)2 a yzi(t)不满足零输入线性。故为非线性系统。3 y(t)=x2(0)+2 f(t)y(t)=yzs(t)+yzi(t)，满足可分解性；Ta f1(t)+b f2(t),0例2：判断以下系统是否为线性系统？=aTf1(t),0+bT f2(t),0，满足零状态线性满足零状态线性；T0,ax1(0)+bx2(0)=e-tax

34、1(0)+bx2(0)=ae-t x1(0)+be-t x2(0)=aT0,x1(0)+bT0,x2(0),满足零输入线性满足零输入线性；所以，该系统为线性系统。所以，该系统为线性系统。时不变系统与时变系统 满足时不变性质的系统称为时不变系统。1时不变性质 假设系统满足输入延迟多少时间，其零状态响应也延迟多少时间，即假设T0，f(t)=yzs(t)那么有 T0，f(t-td)=yzs(t-td)系统的这种性质称为 时不变性或移位不变性 解(1)令g(k)=f(k kd)T0，g(k)=g(k)g(k 1)=f(k kd)f(kkd 1)而y(k kd)=f(k kd)f(kkd 1)显然显然T

35、0，f(k kd)=y(k kd)故该系统是时不变故该系统是时不变的的.(2)令g(t)=f(t td)T0，g(t)=t g(t)=t f(t td)而y(t td)=(t td)f(t td)显然显然T0，f(t td)y(t td)故该系统为时变系故该系统为时变系统。统。例：判断以下系统是否为时不变系统？1 y(k)=f(k)f(k 1)2 y(t)=t f(t)3 y(t)=f(t)(3)令令g(t)=f(t td),T0，g(t)=g(t)=f(t td)而而y(t td)=f(t td)，显然，显然 T0，f(t td)y(t td)故该系统为时变系统。故该系统为时变系统。直观判断

36、方法：直观判断方法：假设假设f()前出现变系数，或有反转、展缩前出现变系数，或有反转、展缩变换，那么系统为时变系统。变换，那么系统为时变系统。3 3 y(t)=f(t)y(t)=f(t)2LTI连续系统的微分特性和积分特性 微分特性：假设f(t)yzs(t)，那么f(t)y zs(t)积分特性：假设f(t)yzs(t)，那么本课程重点讨论线性时不变系统本课程重点讨论线性时不变系统(Linear Time-Invariant)，简称，简称LTI系统。系统。因果系统与非因果系统 零状态响应不会出现在鼓励之前的系统，称为因果系零状态响应不会出现在鼓励之前的系统，称为因果系统。统。即对因果系统，当即对

37、因果系统，当t t0 t t0，f(t)=0f(t)=0时，有时，有t t t0 t0，yzs(t)=0yzs(t)=0。如以下系统均为因果系统：如以下系统均为因果系统：yzs(t)=3f(t 1)yzs(t)=3f(t 1)而以下系统为非因果系统：(1)yzs(t)=2f(t+1)(2)yzs(t)=f(2t)(1)因为，令t=0时，有yzs(0)=2f(1)(2)因为，假设f(t)=0，t t0，有yzs(t)=f(2t)=0,t 0.5 t0。稳定系统与不稳定系统 一个系统，假设对有界的鼓励f(.)所产生的零状态响应yzs(.)也是有界时，那么称该系统为有界输入有界输出稳定，简称稳定。即

38、假设f(.)，其yzs(.)那么称系统是稳定的。如yzs(k)=f(k)+f(k-1)是稳定系统；而因为，当因为，当f(t)=(t)有界，有界，dxxftytf)()(是不稳定系统是不稳定系统LTI系统分析概述 系统分析的主要问题：对给定的具体系统，求出它系统分析的主要问题：对给定的具体系统，求出它对给定鼓励的响应。对给定鼓励的响应。具体地说：系统分析就是建立表征系统的数学方程具体地说：系统分析就是建立表征系统的数学方程并求出解答。并求出解答。求解系统数学模型的根本思路：1把零输入响应和零状态响应分开求。2把复杂信号分解为众多根本信号之和，根据 性系统的可加性：多个根本信号作用于线性系统 所引起的响应等于各个根本信号所引起的响应之 和。采用的数学工具：1卷积积分与卷积和 2傅里叶变换 3拉普拉斯变换 4Z变换