长沙理工大学机械工程测试技术基础PPT7信号的分析与处理优质PPT.ppt

1、如可分信号可以分解为简单信号的分量之和。如可分解为解为：（1 1）直流分量与交流分量之和；直流分量与交流分量之和；（2 2）稳态分量与交流分量之和；）稳态分量与交流分量之和；（3 3）偶分量与奇分量之和；）偶分量与奇分量之和；第七章、信号的分析与处理第七章、信号的分析与处理长沙理工大学汽机学院长沙理工大学汽机学院1 1 变量相关的概念变量相关的概念 统计学中用统计学中用相关系数相关系数来描述变量来描述变量x x，y y之间的相之间的相关性。关性。是两随机变量之积的数学期望，称为相关性，是两随机变量之积的数学期望，称为相关性，表征了表征了x x、y y之间的关联程度。之间的关联程度。第七章、信号

2、的分析与处理第七章、信号的分析与处理式中式中:cxy变量变量x、y 的协方差的协方差;x、y是变量是变量x、y的均值的均值;x、y变量变量x、y的标准差。的标准差。长沙理工大学汽机学院长沙理工大学汽机学院2 2 信号的时域分析信号的时域分析相关分析相关分析 长沙理工大学汽机学院长沙理工大学汽机学院xyxyxyxy第七章、信号的分析与处理第七章、信号的分析与处理线性相关线性相关 线性无关线性无关 长沙理工大学汽机学院长沙理工大学汽机学院1 1）自相关函数自相关函数 长沙理工大学汽机学院长沙理工大学汽机学院7.2 信号的时差域相关分析信号的时差域相关分析 算法：算法：令令x（t）x（t）、y（t）

3、y（t）二个信号之间产生时差二个信号之间产生时差，再，再相乘和积分，就可以得到相乘和积分，就可以得到时刻二个信号的相关性。时刻二个信号的相关性。x（t）y（t）时时延延器器 乘乘法法器器 y（t-）X（t）y（t-）积积分分 器器 Rxy（）*图例图例自相关函数：自相关函数：x（t）=y（t）x（t）=y（t）长沙理工大学汽机学院长沙理工大学汽机学院7.2 信号的时差域相关分析信号的时差域相关分析 自相关函数的性质自相关函数的性质 自相关函数描述了信号自身不同时刻的相似程自相关函数描述了信号自身不同时刻的相似程度，通过相关分析可以发现信号中许多有规律的东度，通过相关分析可以发现信号中许多有规律

4、的东西。西。（1 1）自相关函数是）自相关函数是 的偶函数，的偶函数，R RX X（）=R）=Rx x（-（-）；（2）值不同，值不同，Rx（）不同，当不同，当=0时，时，Rx（）的的值最大，并等于信号的均方值值最大，并等于信号的均方值x2长沙理工大学汽机学院长沙理工大学汽机学院自相关函数的性质自相关函数的性质（4 4）周期信号的自相关函数仍然是同频率的周）周期信号的自相关函数仍然是同频率的周期信号，但不保留原信号的相位信息。期信号，但不保留原信号的相位信息。（5 5）随机噪声信号的自相关函数将随）随机噪声信号的自相关函数将随 的增大快的增大快速衰减。速衰减。（3 3）R Rx x（）（）值的

5、限制范围为值的限制范围为长沙理工大学汽机学院长沙理工大学汽机学院7.2 信号的时差域相关分析信号的时差域相关分析 长沙理工大学汽机学院长沙理工大学汽机学院7.2 信号的时差域相关分析信号的时差域相关分析 长沙理工大学汽机学院长沙理工大学汽机学院7.2 信号的时差域相关分析信号的时差域相关分析 2 2）互相关函数互相关函数 长沙理工大学汽机学院长沙理工大学汽机学院互相关函数的性质互相关函数的性质 7.2 信号的时差域相关分析信号的时差域相关分析 长沙理工大学汽机学院长沙理工大学汽机学院互相关函数的性质互相关函数的性质 长沙理工大学汽机学院长沙理工大学汽机学院互相关函数的性质互相关函数的性质 7.

6、2 信号的时差域相关分析信号的时差域相关分析 长沙理工大学汽机学院长沙理工大学汽机学院7.2 信号的时域相关分析信号的时域相关分析 相关分析的工程应用相关分析的工程应用 案例：案例：机械加工表面粗糙度自相关分析机械加工表面粗糙度自相关分析 被测工件被测工件相关分析相关分析性质性质3,3,性质性质4:4:提取出回转误差等周期性的故障源。长沙理工大学汽机学院长沙理工大学汽机学院7.2 信号的时差域相关分析信号的时差域相关分析 案例：自相关测转速自相关测转速理想信号理想信号干扰信号干扰信号实测信号实测信号自相关系数自相关系数性质性质3 3，性质，性质4 4：提取周期性转速成分，抑提取周期性转速成分，

7、抑制了噪声的影响，提高了信噪比。制了噪声的影响，提高了信噪比。测量运动物体的速度测量运动物体的速度 当可调延时当可调延时等于钢带上某点在两个测点之间等于钢带上某点在两个测点之间经过所需的时间经过所需的时间d d时，互相关函数为最大值。时，互相关函数为最大值。所测钢带的运动速度为所测钢带的运动速度为v=d/v=d/。地下输油管道漏损位置的探测地下输油管道漏损位置的探测tX1X2长沙理工大学汽机学院长沙理工大学汽机学院7.2 信号的时差域相关分析信号的时差域相关分析 案例：地震位置测量地震位置测量长沙理工大学汽机学院长沙理工大学汽机学院7.2 信号的时差域相关分析信号的时差域相关分析 动手做：动手

8、做：用计算机上的双声道声卡用计算机上的双声道声卡测量声波在空气中的传播测量声波在空气中的传播速度。速度。长沙理工大学汽机学院长沙理工大学汽机学院相关分析相关分析:时域时域功率谱分析功率谱分析:频域频域功率谱密度函数的定义功率谱密度函数的定义7.3 7.3 信号的频域分析信号的频域分析 自功率谱密度函数（自谱）自功率谱密度函数（自谱）是自相关函数的傅是自相关函数的傅里叶变换，表达了信号的功率密度沿频率轴的分布。里叶变换，表达了信号的功率密度沿频率轴的分布。第七章、信号的分析与处理第七章、信号的分析与处理长沙理工大学汽机学院长沙理工大学汽机学院7.3 信号的频域分析信号的频域分析长沙理工大学汽机学

9、院长沙理工大学汽机学院7.3 信号的频域分析信号的频域分析长沙理工大学汽机学院长沙理工大学汽机学院7.3 信号的频域分析信号的频域分析长沙理工大学汽机学院长沙理工大学汽机学院输出输出:功率谱的工程应用功率谱的工程应用-排除噪声的影响排除噪声的影响7.3 信号的频域分析信号的频域分析长沙理工大学汽机学院长沙理工大学汽机学院7.3 信号的频域分析信号的频域分析长沙理工大学汽机学院长沙理工大学汽机学院7.3 信号的频域分析信号的频域分析长沙理工大学汽机学院长沙理工大学汽机学院7.3 信号的频域分析信号的频域分析长沙理工大学汽机学院长沙理工大学汽机学院7.3 信号的频域分析信号的频域分析长沙理工大学汽

10、机学院长沙理工大学汽机学院7.3 信号的频域分析信号的频域分析长沙理工大学汽机学院长沙理工大学汽机学院 信号处理可以用模拟信号处理系统和数字信信号处理可以用模拟信号处理系统和数字信号处理系统来实现。号处理系统来实现。模拟信号处理系统由一系列能实现模拟运算模拟信号处理系统由一系列能实现模拟运算的电路环节组成。的电路环节组成。数字信号处理是用数字方法处理信号数字信号处理是用数字方法处理信号,它既可它既可以在通用计算机上借助程序来实现以在通用计算机上借助程序来实现,也可以用专用也可以用专用信号处理机来完成。信号处理机来完成。返回章目录第七章、信号的分析与处理第七章、信号的分析与处理长沙理工大学汽机学

11、院长沙理工大学汽机学院7.4模拟信号分析模拟信号分析 直接对连续时间信号进行分析处理，其分析过程直接对连续时间信号进行分析处理，其分析过程是按照一定的是按照一定的数学模型所组成的运算网络数学模型所组成的运算网络来实现。来实现。目标是目标是获取信号的特征参数获取信号的特征参数，如均值、均方值、，如均值、均方值、相关函数、概率密度函数、功率谱密度函数等。相关函数、概率密度函数、功率谱密度函数等。包括调制、解调、滤波、放大、乘除法、微积包括调制、解调、滤波、放大、乘除法、微积分、乘方和开方等分、乘方和开方等 第七章、信号的分析与处理第七章、信号的分析与处理长沙理工大学汽机学院长沙理工大学汽机学院均值

12、、均方值、均方根值的测量与估计均值、均方值、均方根值的测量与估计 均值估计均值估计 均方值和均方根值估计均方值和均方根值估计 第七章、信号的分析与处理第七章、信号的分析与处理 长沙理工大学汽机学院长沙理工大学汽机学院概率密度的估计概率密度的估计 第七章、信号的分析与处理第七章、信号的分析与处理 长沙理工大学汽机学院长沙理工大学汽机学院自相关函数的估计自相关函数的估计 第七章、信号的分析与处理第七章、信号的分析与处理 长沙理工大学汽机学院长沙理工大学汽机学院功率谱的估计功率谱的估计 第七章、信号的分析与处理第七章、信号的分析与处理 长沙理工大学汽机学院长沙理工大学汽机学院模拟信号估计方法存在的问

13、题模拟信号估计方法存在的问题 第七章、信号的分析与处理第七章、信号的分析与处理 1 1）功能有限，估计精度受限；）功能有限，估计精度受限；2 2）分辨能力低；）分辨能力低；3 3）分析时间长；）分析时间长；4 4）输出方式少，不易转换再处理。）输出方式少，不易转换再处理。长沙理工大学汽机学院长沙理工大学汽机学院1 1、数字信号处理的基本步骤、数字信号处理的基本步骤 第七章、信号的分析与处理第七章、信号的分析与处理 7.5 数字信号分析初步数字信号分析初步1 1）电压幅值调理，以适宜采样。）电压幅值调理，以适宜采样。2 2）滤波，以提高信噪比。）滤波，以提高信噪比。3 3）隔离信号中的直流分量。

14、）隔离信号中的直流分量。4 4）调制解调。）调制解调。模拟信号经采模拟信号经采样、量化并转样、量化并转化为二进制化为二进制长沙理工大学汽机学院长沙理工大学汽机学院A/DA/D转换过程转换过程 7.5数字信号分析初步数字信号分析初步 长沙理工大学汽机学院长沙理工大学汽机学院D/AD/A转换过程转换过程 7.5数字信号分析初步数字信号分析初步 长沙理工大学汽机学院长沙理工大学汽机学院第七章、信号的分析与处理第七章、信号的分析与处理 采样是将采样脉冲序列采样是将采样脉冲序列p（t）p（t）与信号与信号x（t）x（t）相相乘，取离散点乘，取离散点x（nt）x（nt）的值的过程。的值的过程。2 2、时域采样、混叠和采样定理、时域采样、混叠和采样定理 长沙理工大学汽机学院长沙理工大学汽机学院X（0）,X（1）,X（2）,X（n）第七章、信号的分析与处理第七章、信号的分析与处理长沙理工大学汽机学院长沙理工大学汽机学院每周期应该有多少采样点每周期应该有多少采样点？最少最少2 2点点:第七章、信号的分析与处理第七章、信号的分析与处理长沙理工大学汽机学院长沙理工大学汽机学院第七章、信号的分析与处理第