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  • 领悟《信号与系统》之 连续系统的频域分析


    连续系统的频域分析

    • 一、连续系统的频域分析
      • 1. 系统函数与系统的频域分析
        • 1. 理论分析
        • 2. 频域分析法求解系统零状态响应步骤
      • 2. 无失真传输

    一、连续系统的频域分析

    一个系统的重要指标就是求系统函数,用系统函数来表征这个系统得特性,系统函数其实系统对外的一个信号处理的特性表达式而已。

    1. 系统函数与系统的频域分析

    1. 理论分析

    对于一个 LTI 系统,常用的数学描述模型是线性常系数微分方程,其一般形式为
    在这里插入图片描述
    对微分方程两边同时取傅立叶变换
    在这里插入图片描述
    根据傅里叶变换的线性特性(把系数分离嘛)
    在这里插入图片描述
    再根据傅里叶变换的时域微分特性(傅里叶变换的性质)
    在这里插入图片描述
    将上式中的Y(jω) / F(jω) 整理,将其定义为 H(jω),其实和时域的系统函数一样。
    在这里插入图片描述
    其中, H(jω)称为连续系统的系统函数,也叫系统的频率响应。 H(jω) 是系统函数的幅频特性,φ(jω)是相频特性。
    系统函数与系统的冲激响应的关系为:
    在这里插入图片描述

    2. 频域分析法求解系统零状态响应步骤

    • 第一步:求输入信号 f (t)的傅里叶变换 F(jω) ;
    • 第二步:求系统函数 H(jω);
    • 第三步:求零状态响应 yf(t) 的傅里叶变换 Yf(jω) = F(jω) · H(jω)
    • 第四步:求Yf(jω)的傅里叶逆变换,即得
      在这里插入图片描述

    示意图:
    在这里插入图片描述
    例题:
    在这里插入图片描述

    2. 无失真传输

    一般情况下,系统的响应波形与激励波形不相同,信号在传输过程中将产生失真。
    线性系统引起的信号失真由两方面因素造成

    • 一是系统对信号中各频率分量幅度产生不同程度的衰减,使响应各频率分量的相对幅度产生变化,引起幅度失真。
    • 二是系统对各频率分量产生的相移不与频率成正比,使响应的各频率分量在时间轴上的相对位置产生变化,引起相位失真。

    必须指出,线性系统的幅度失真与相位失真都不产生新的频率分量。而对于非线性系统则由于对传输信号产生非线性失真,可能产生新的频率分量。这里只记录有关线性系统的幅度失真和相位失真问题。

    所谓无失真是指响应信号与激励信号相比,只是大小与出现的时间不同,而无波形上的变化。
    在这里插入图片描述
    要使信号 f (t)无失真地传输,在时域上响应 y(t) 与激励信号 f (t) 之间应满足

    • y(t) = Kf (t - td)
      幅度增益 K 及延迟时间 td 均为常数。它表示输出信号在幅度上比 f (t)增大了 K倍(当0 < K <1时,幅度实际是压缩了),在时间上滞后了 td 秒,而波形未发生畸变,因而为不失真。

    我们换到频域看 ,对 上面的 y(t) = Kf (t - td) 两边傅里叶变换
    在这里插入图片描述
    因而信号在系统中无失真传输的幅频条件和相频条件为
    在这里插入图片描述
    欲使信号通过线性系统不失真传输,应使系统函数的模值为一常数,而相位特性为过原点的直线
    在这里插入图片描述

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  • 原文地址:https://blog.csdn.net/qq_43680827/article/details/127855415
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