信号与系统是电子信息类专业的核心基础课程,主要研究信号及其在系统中的传输与处理。其核心内容可分为以下几大部分:
一、信号的基本概念与分类
信号的定义与分类 - 按物理量类型:电信号(电压、电流等)、声信号、光信号等
- 按时间特性:确定性信号、随机性信号
- 按应用领域:通信信号、雷达信号、生物信号等
连续信号与离散信号
- 连续信号:如时间-电压曲线,需用积分运算分析
- 离散信号:如数字信号,通过采样和量化处理
周期信号与非周期信号
- 周期信号:如正弦波,具有固定频率;非周期信号:如随机噪声,无固定周期
二、信号的表示方法
时域分析
- 波形、能量、功率计算
- 希尔伯特变换(单边带信号表示)
频域分析
- 傅里叶变换:将时域信号转换为频域表示
- 拉普拉斯变换:适用于线性时不变系统分析
复频域分析
- Z变换:离散信号的频域分析工具
- 福尔兹曼变换:非线性系统的频域分析方法
三、系统的基本理论
系统的概念与分类
- 线性系统:满足叠加性和齐次性
- 非线性系统:输出与输入非线性相关
- 时不变系统:输入延迟不影响系统特性
系统分析方法
- 状态变量法:用于连续系统
- 福尔摩斯法则:离散系统的时域分析方法
四、信号与系统的交互分析
时域分析
- 系统响应(如放大器输出)与输入信号的时域关系
频域分析
- 频率响应、阻抗分析及系统稳定性判断
复频域分析
- 系统对复信号的传输特性
五、应用领域
信号与系统的理论广泛应用于:
通信系统: 信号传输、调制解调 控制系统
生物工程:信号处理与生理信号分析
工程领域:地震检测、雷达信号处理
六、典型分析方法
傅里叶变换:
将时域信号分解为正弦波之和
拉普拉斯变换:
求解线性时不变系统的微分方程
Z变换:
离散系统的频域分析工具
通过以上内容的学习,学生能够掌握信号的分析、系统的设计与优化方法,为后续专业课程及工程实践奠定基础。