信号与系统课程第二次作业

原创 TsinghuaJoking 2023-03-02 18:03

01 础练习

一、信号的直流分量

  分别写出下面信号的直流分量与交流分量。

注:交流分量可以使用原信号减去对应的直流分量来表示。

1、必做题

  (1)全波整流信号

  (2) 周期矩形信号

  (3) 周期冲激信号

  (4)非周期信号

二、信号奇偶分解

1、必做题

  (1) 奇偶分解

  分别绘制出下面有限长信号与序列的奇分量与偶分量。

▲ 图1.2.1 连续时间信号


▲ 图1.2.2 离散序列信号


  (2) 求解原信号波形

  根据已知的信号 偶分量与右半边波形, 绘制出原始信号   的波形。

▲ 图1.2.3 信号的偶分量与信号的右半边波形


2、选做题

  (1) 信号进行奇偶分解

  绘制出下面连续时间信号与离散时间序列的奇分量与偶分量。

▲ 图1.2.4 连续时间信号


▲ 图1.2.5 反因果单位阶跃序列信号


三、信号尺度变换

  已知离散时间序列信号 与连续时间信号 的波形如下图所示, 请根据后面给出的表达式绘制出对应自变量变化后的信号波形。

▲ 图1.3.1 离散时间序列与连续时间信号


1、必做题

  (1)

  (2)

  (3)

  (4)

2、选做题

  (1)

  (2)

  (3)

  (4)

四、LTI系统响应

1、必做题

  已知一个线性时不变(LTI)系统, 当激励为   时, 对应的系统响应为   

  试求当激励为   时, 对应的系统相应 的表达式。

  • 假定系统的起始条件为 0, 系统输入输出之间满足严格的线性关系。 本题需要利用线性时不变系统的微分特性时不变特性

2、选做题

  Conside a LTI system whose response to the signal   in Figure (A) is the signal   illustrated in Figure (B). Determine and sketch carefully the response of the system to the input   and   illustrated in Figure (C ) and (D) respectively.

▲ 图1.4.1 LTI 系统输入输出信号


提示:利用线性时不变系统特性求解此题。将新的输入信号 分别表示成 与其时移信号的线性组合, 然后在根据 LTI 特性, 对应系统输出可以使用 和它的延时信号进行线组合而得。

五、系统的可逆性

  判断下列系统是否可逆。如果可逆则给出对应的逆系统。如果不可逆, 则给出两个不同的输入信号,他们所引起系统的输出是相同的。

  题目中, 输入信号为 , 输出信号为

1、必做题

  (1)

  (2)

  (3)

  (4)

2、选做题

  讨论下面电路输入输出之间是陈本可逆?

▲ 图1.5.1 低通滤波电路


  • 提示:参见博文 RC低通滤波器的逆系统[5]

六、系统特性

1、必做题

  根据下面表格描述系统的输入输出关系表达式, 分别判断系统的线性时不变因果 特性。

·

2、选做题

  已知三个离散时间系统的输入输出关系分别为:

注: 第一个系统是补零扩充 操作。

  将上述三个子系统进行串联,如图所示。判断串联后的系统是否为线性、时不变系统?

▲ 图1.6.1 三个子系统串联在一起640


延伸讨论:

  • 如果将上面各子系统都修改成连续时间系统, 那么系统是否为线性时不变系统?
  • 如果将上述各子系统交换串联顺序, 系统是否为线性时不变系统?

02 验作业

一、图片信号基本运算

1、基本要求

  在课堂教学中, 给大家展示了对于给定的两段音乐信号进行了基本信号操作(倍乘、尺度、反褶、平移、积分、微分、相加、相乘、卷积等)所带来的声音的变化。

▲ 图2.1.1 课件中演示了音乐信号的基本运算


  图片是二维离散信号(对于彩色信号是三通道二维离散信号), 大家可以自行在网络上下载两个图片,对它们施加基本信号运算, 观察运算后的图片变化。

  简单起见, 可以选择灰度图片进行处理。如果选择彩色图片, 则需要对于它的三个通道分别进行处理之后再合成彩色信号。

▲ 图2.1.2 两个图片示例


  关于基本操作的参数(倍乘的比例、 平移的大小、反褶对应的X轴还是Y轴)等可以自行确定。

2、补充材料

  利用 OPENCV 库函数可以非常方便对图像进行操作, 可以在我给大家整理的博文   一组基于OpenCV的图像处理函数[6]  查看到 OpenCV 对图片进行操作的基本函数。大家也可以参考网络上其他教材熟悉 OpenCV 的使用。

▲ 图2.1.3 关于 OpenCV 应用的基本资料


二、信号参数估计

1、简介

  在工程实践中, 我们观察和测量的信号往往是由记录数据组成, 对信号数据进行建模,即使用一组特定的函数表征该信号, 是进一步应用数学分析工具进行处理的基础。信号建模的方法很多, 可以使用 函数拟合 的数学工具获得信号表达式的参数。

  在博文  扬声器的单位冲激响应信号建模[7] , 给出了 一个扬声器敲击后的振动信号数据, 介绍了通过 Python 中函数拟合的方式完成对扬声器敲击信号的函数估计, 并给出了计算结果。

▲ 图2.2.1 扬声器敲击信号


2、基本要求

  大家可以在网络学堂的课程文件 中下载 第二次作业数据文件, 其中包括 wave11.npz, wave11.txt 两个文件, 这是扬声器震动信号示波器采集平滑后的数据。

▲ 图2.2.2 WAVE11文件中的数据波形


  文件后缀为.NPZ 是 Python 数据文件, 后缀为.TXT 是文本文件。文本文件每一行都有两个数字, 前一个数字是波形对应的时间, 后一个数字对应的波形的电压幅值。

  大家可以参照 前面的博文[8] 求取该扬声器敲击信号的数学表达式。

参考资料

[1]

扬声器敲击信号: https://www.bilibili.com/video/av225311791/?zw&spm_id_from=888.80996.embed_old&vd_source=018fb56143bdd99e9082b03b2d65a531

[2]

信号与系统 2022 春季学期第一次作业: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/123113465

[3]

信号与系统 2022 春季学期第二次作业: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/123258268

[4]

信号与系统 2023(春季) 作业要求 - 第一次作业: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/129178728

[5]

RC低通滤波器的逆系统: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/124342292

[6]

一组基于OpenCV的图像处理函数: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/122761415

[7]

扬声器的单位冲激响应信号建模: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/129278199

TsinghuaJoking 这是一个公众号,它不端、不装,与你同游在课下、课上。 卓晴博士,清华大学中央主楼 626A。010-62773349, 13501115467,zhuoqing@tsinghua.edu.cn
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