LTI系统(线性时不变系统)是信号与系统分析中的核心概念,其特点可归纳为以下五类:
一、线性特性
齐次性:
若输入信号为$f(t)$时输出为$y(t)$,则输入$Af(t)$($A$为常数)时输出为$Ay(t)$。
叠加性:
若输入为$f_1(t)$和$f_2(t)$时输出分别为$y_1(t)$和$y_2(t)$,则输入$f_1(t)+f_2(t)$时输出为$y_1(t)+y_2(t)$。
二、时不变特性
系统特性不随时间变化,即输入信号延迟$t_0$时,输出信号也延迟$t_0$且波形不变,数学表达式为$y(t-t_0)=T\{f(t-t_0)\]$。
三、微分特性
若输入$f(t)$的输出为$y(t)$,则输入$f'(t)$(导数)的输出为$y'(t)$,适用于描述系统的动态响应。
四、积分特性
若输入$f(t)$的输出为$y(t)$,则输入$\int_{-\infty}^{t} f(\tau)d\tau$的输出为$y(t)$,反映系统对输入信号的累积效应。
五、频域描述
LTI系统可用频域特性完全描述,包括:
频率响应:输出信号的复数幅度与输入信号频率的关系,分为幅频响应和相频响应;
传递函数:描述时域输入与频域输出关系的数学表达式。
其他重要性质
因果性:系统输出仅与当前及过去输入相关,未来输入不影响当前输出;
稳定性:系统状态随时间变化的行为特性,广泛应用于控制系统设计。
LTI系统的这些特性使其在信号处理、控制系统等领域具有广泛的应用价值,例如卷积运算、系统分析和滤波设计等。