信号与系统2024春季第一次作业

原创 TsinghuaJoking 2024-03-02 08:23

01 础作业

  业包括有必做题选做题。必做题要求包含在提交的作业中;选择题用于思考和加强练习。在补缴窗口提交的作业中需要至少包含一道以及以上的选择题木。

一、绘制信号波形

   请根据下面信号的函数表达式,绘制出信号的波形。请注意:

  • 函数变量为   的信号为 连续时间信号;;函数变量为    的信号为 离散时间信号 。离散时间信号波形使用“火柴棒” 样式绘制序列波形。

  • 题目中包括有 奇异函数    ,    等。

  • 绘制波形可以手工绘制,也可以通过MATLAB ,Python以及其他编程绘图语言绘制。绘制时请注意以下关键信息:

    • 坐标系、坐标轴;变量名称、函数名称,单位;
    • 关键点处的函数值;标题、注解等;
    • 能够反映信号变化趋势的包络线与渐近线;
  • 绘制波形可以手工绘制,也可以通过MATLAB ,Python以及其他编程绘图语言绘制。绘制时请注意以下关键信息:

    • 坐标系、坐标轴;变量名称、函数名称,单位;
    • 关键点处的函数值;标题、注解等;
    • 能够反映信号变化趋势的包络线与渐近线;

1、必做题

  (1) 单边指数信号

注:这是利用   与任何信号相乘,表示右边信号的形式。这种信号也被称为 因果信号

  (2) 左边正弦信号

注:这种左边信号,也被称为反因果信号

  (3) 右边指数衰减震荡信号

  (4)复合信号

注:式子中的   是单位阶跃信号。

  (5)衰减振荡序列

  (6)奇怪的周期序列

注意:序列函数中的自变量是 的平方。请观察序列,并判断该序列是否为周期序列信号?

  • 辅导视频SS2023 HW1:绘制信号波形[6]

2、选做题

  (1) 电感放电信号波形

  在下面阻电感电回路中,电感 、电阻 的标称值在电路中已经标明。在时间   时,电感的初始电流为 1A。请绘制出在 之后,电阻 R1 上的电压    的信号波形。

▲ 图1.1.1 电感电阻串联回路


  提示:

  • 根据电路原理分析方法可以知道,电感电阻回路的电流呈现指数衰减特性,具体的表达式如下,在根据输出电压等于回路电流乘以R1,得到输出电压信号表达式,并绘制出波形。

  • 在绘制信号波形的时候,请按照实际的物理信号标注好波形坐标的名称、单位以及一些关键点的信息。

  (2) sinc函数乘积信号

  其中: 

关于为什么研究多个sinc函数相乘,大家可以参见博文:数学中的虚幻模式[7] 。这是一个复杂的波形,建议使用计算机辅助绘制该函数波形。

建议使用软件绘制该图像。

  (3)双边sinc函数序列

  (4) 具有无限多个极大值极小值的有限长信号

这个函数具有无穷多个极大值,极小值。在博文 傅里叶变换中的狄利克雷条件[8] 分析了它的傅里叶变换的特点。

  (5)波形发散的周期信号

提示:这个周期信号将来会在傅里叶变换的狄利克雷条件中分析。在博文 傅里叶变换中的狄利克雷条件[8] 分析了它的傅里叶变换的特点。也请大家思考一下,这个函数在单个周期内:

  • 面积是否有限?
  • 能量是否有限?
  • 辅导视频SS2023HW1:绘制特殊信号波形[9]

二、写出信号函数表达式

  根据下面信号的波形,写出对应的函数表达式。注意,同样一个波形可能会存在多种等效的函数表达式。

1、必做题

  (1)三角信号

▲ 图1.2.2 三角信号


  (2)分段阶跃信号

▲ 图1.2.2 分段阶跃信号


  (3)左边正弦信号

▲ 图1.2.3 单个半波正弦信号


注意:使用 组成的窗口信号与正弦信号的乘积来表示该信号。

  (4)高斯调制信号

▲ 图1.2.4 高斯调制信号


2、选做题

  (1) 周期方波信号

▲ 图1.2.5 周期方波信号


提示:参考前面绘制信号波形中的“复合函数”,以及应用   的特点。

  (2) 阶跃衰减信号

  下面是一个阶跃衰减信号,它:

  • 只在 之间取值;
  • 起始值 ,终值
  • 从0到1过程中,每前进剩余距离一半幅值就降低一半。具有无限多个下降阶跃。

▲ 图1.2.6 阶跃衰减信号


这个函数将会在第三章,在分析傅里叶变换的狄利克雷条件时被被提到。在。在博文 傅里叶变换中的狄利克雷条件[8] 分析了它的傅里叶变换的特点。

◎ 作业参考答案:  第二小题参考答案[10]

  辅导视频SS2023 HW1:信号波形表达式[11]

三、判断信号的周期性

1、必做题

  (1) 正弦信号叠加

  (2) 复指数调制信号

  (3) 全波整流信号

  (4) 余弦信号平方

  (5) 自变量平方正弦信号

  (6)自变量三次方的正弦波序列

请对比离散时间信号与前面连续时间信号的异同

2、选做题

  (1) 离散震荡序列

请注意,这个序列的函数表达式是周期信号,但该序列是否为周期序列?请大家思考。

  (2)判断题

  • 非周期信号与周期信号叠加一定是周期信号。( √,× )
  • 非周期信号与非周期信号叠加一定是非周期信号。( √,× )

  (3)判断题

  已知两个序列之间满足   。请问:

  • 如果 是周期信号,那么 是否也是周期信号?
  • 如果 是周期信号,那么 是否 也是周期信号?

四、冲激信号特性

  根据冲激信号 冲激偶信号 抽样特性[12] ,求下面各个定积分的积分值。

  由于在课堂上先介绍了冲激信号的基本概念:

  对于它们的抽样特性还没有展开讲解。这一部分请大家对课件【1.1.3.3.2】中关于单位冲激信号的三种定义(函数演变定义、Dirac定义、分配函数定义)进行阅读,基于此理解:

  • 单位冲激信号的抽样特性;
  • 单位冲激信号的偶对称性;
  • 单位冲激信号的尺度特性;

  这些特性可以参考在课件【1.1.3.3.3】中总结的性质一览表:

▲ 图1.4.1 冲激信号与冲激偶信号特性表格


1、必做题

  (1)

  (2)

  (3)

注意:请分别讨论 分别在大于0小于0两者情况下的积分结果。

2、选做题

  (1)

  (2)

  (3)

  • 辅导视频 SS2023 HW1:奇异信号性质[13]

02 验内容

  面两个实验题目都是选做题目,可以任选其中一个进行实验,来认知关于信号表达方式与信息传递之间的关系,并对MATLAB,PYTHON中用于信号处理的软件包进行初步的了解。

一、DTMF音频中的电话号码

  本题的背景来自于  技术宅的逆袭 - 牛逼大学生破译360总裁周鸿祎手机号[14] 中介绍的一段有趣的新闻内容。详细内容大家可以参阅上面的网文。

  获得信号的时频联合分布,可以让我们了解音频信号中频率成分随着时间变化的信息。

1、题目要求

  从下面链接下载一段手机拨码音频,利用 MATLAB 中,或者PYTHON 中的 spectrogram 函数获得该音频信号的 时频联合分布图像,根据其中每个音频信号对应的频路组合,识别电话音乐中对应的电话号码。

  • 电话音频文件下载链接[15] : https://gitee.com/tsinghuajoking/teaching-resources/raw/master/Signals&Systems/2022年/PhoneSound.wav

  下面给出了  DTMF编码方案[16] 中每个电话号码对应的高频和低频频率组合。

▲ 图2.1.1 DTFM信号及其电话编码规格


2、编程处理示例

(1)MATLAB 示例

  下面给出了在MATLAB中处理DTMF 命令示例。

1.在MATLAB中使用audioread,audiowrite命令完成音频文件  的读取和存储。2.在MATLAB中处理声音信号实际上是对连续声音信号的离散  采用数据进行处理。3.对于音频信号的尺度变化,也可以试着改变音频文件的采  样率fs来达到同样的效果。

(2)PYTHON示例

  利用Python来显示信号的 Spectrogram 可以参照下面博文中给出的示例:

  • 检测DTMF信号质量[17]

二、音频中的图像

  在声音中除了可以嵌入数字编码,也可以嵌入图像信息。下面这段音频就嵌入了两个图片,一个是手写“中秋佳节”图片,另外一个是人头肖像画。可以在MATLAB中使用

soundata = audioread(...)

  命令将声音数据读入内容,在使用如下命令绘制出时频分析图谱:

spectrogram(sounddata, 4096,2048,500:2000,fs,'yaxis')

▲ 图2.2.1 声音中嵌入的图像


1、题目要求

  从网络学堂课程文件中下载 音频的数据文件 HOMEWORK.MP3。通过 FFT(快速傅里叶变换,这部分内容将会在第三章进行讲解)来绘制出声音中的图像。

  • 耳朵听图像[18]
参考资料
[1]

2021年春季学期-信号与系统-第一次作业参考答案: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/114649560

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

[4]

信号与系统 2023年春季作业要求与参考答案汇总: https://blog.csdn.net/zhuoqingjoking97298/article/details/130018064?csdn_share_tail=%7B%22type%22%3A%22blog%22%2C%22rType%22%3A%22article%22%2C%22rId%22%3A%22130018064%22%2C%22source%22%3A%22zhuoqingjoking97298%22%7D

[5]

信号与系统2024(春季)作业要求 - 第一次作业: https://blog.csdn.net/zhuoqingjoking97298/article/details/136378907?csdn_share_tail=%7B%22type%22%3A%22blog%22%2C%22rType%22%3A%22article%22%2C%22rId%22%3A%22136378907%22%2C%22source%22%3A%22zhuoqingjoking97298%22%7D

[6]

辅导视频SS2023 HW1:绘制信号波形: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/129806980

[7]

数学中的虚幻模式: https://blog.csdn.net/zhuoqingjoking97298/article/details/104134302

[8]

傅里叶变换中的狄利克雷条件: https://blog.csdn.net/zhuoqingjoking97298/article/details/115107590

[9]

辅导视频SS2023HW1:绘制特殊信号波形: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/129816870

[10]

第二小题参考答案: https://blog.csdn.net/zhuoqingjoking97298/article/details/124272082#t3

[11]

辅导视频SS2023 HW1:信号波形表达式: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/129821730

[12]

抽样特性: https://www.docin.com/p-1853412688.html

[13]

辅导视频 SS2023 HW1:奇异信号性质: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/129828994

[14]

技术宅的逆袭 - 牛逼大学生破译360总裁周鸿祎手机号: https://www.ipcfun.com/decode-360-ceo-phone-number.html

[15]

电话音频文件下载链接: https://gitee.com/tsinghuajoking/teaching-resources/raw/master/Signals&Systems/2022%E5%B9%B4/PhoneSound.wav

[16]

DTMF编码方案: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/122773539

[17]

检测DTMF信号质量: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/122622787

[18]

耳朵听图像: https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzA5NjQyNjc2NQ==&mid=2452217619&idx=1&sn=3b727f9a35d1f19c8e7adcce1db38f7c&chksm=876d3171b01ab867efdb72bdcadd758b8b2ef89fd3ec90a038a00a5cffb34bb600f614700d69&token=1647327617&lang=zh_CN#rd


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
评论
  • 光伏逆变器是一种高效的能量转换设备,它能够将光伏太阳能板(PV)产生的不稳定的直流电压转换成与市电频率同步的交流电。这种转换后的电能不仅可以回馈至商用输电网络,还能供独立电网系统使用。光伏逆变器在商业光伏储能电站和家庭独立储能系统等应用领域中得到了广泛的应用。光耦合器,以其高速信号传输、出色的共模抑制比以及单向信号传输和光电隔离的特性,在光伏逆变器中扮演着至关重要的角色。它确保了系统的安全隔离、干扰的有效隔离以及通信信号的精准传输。光耦合器的使用不仅提高了系统的稳定性和安全性,而且由于其低功耗的
    晶台光耦 2025-01-09 09:58 43浏览
  •  在全球能源结构加速向清洁、可再生方向转型的今天,风力发电作为一种绿色能源,已成为各国新能源发展的重要组成部分。然而,风力发电系统在复杂的环境中长时间运行,对系统的安全性、稳定性和抗干扰能力提出了极高要求。光耦(光电耦合器)作为一种电气隔离与信号传输器件,凭借其优秀的隔离保护性能和信号传输能力,已成为风力发电系统中不可或缺的关键组件。 风力发电系统对隔离与控制的需求风力发电系统中,包括发电机、变流器、变压器和控制系统等多个部分,通常工作在高压、大功率的环境中。光耦在这里扮演了
    晶台光耦 2025-01-08 16:03 84浏览
  • 一个真正的质量工程师(QE)必须将一件产品设计的“意图”与系统的可制造性、可服务性以及资源在现实中实现设计和产品的能力结合起来。所以,可以说,这确实是一种工程学科。我们常开玩笑说,质量工程师是工程领域里的「侦探」、「警察」或「律师」,守护神是"墨菲”,信奉的哲学就是「墨菲定律」。(注:墨菲定律是一种启发性原则,常被表述为:任何可能出错的事情最终都会出错。)做质量工程师的,有时会不受欢迎,也会被忽视,甚至可能遭遇主动或被动的阻碍,而一旦出了问题,责任往往就落在质量工程师的头上。虽然质量工程师并不负
    优思学院 2025-01-09 11:48 82浏览
  • 故障现象一辆2017款东风风神AX7车,搭载DFMA14T发动机,累计行驶里程约为13.7万km。该车冷起动后怠速运转正常,热机后怠速运转不稳,组合仪表上的发动机转速表指针上下轻微抖动。 故障诊断 用故障检测仪检测,发动机控制单元中无故障代码存储;读取发动机数据流,发现进气歧管绝对压力波动明显,有时能达到69 kPa,明显偏高,推断可能的原因有:进气系统漏气;进气歧管绝对压力传感器信号失真;发动机机械故障。首先从节气门处打烟雾,没有发现进气管周围有漏气的地方;接着拔下进气管上的两个真空
    虹科Pico汽车示波器 2025-01-08 16:51 107浏览
  • HDMI 2.2 规格将至,开启视听新境界2025年1月6日,HDMI Forum, Inc. 宣布即将发布HDMI规范2.2版本。新HDMI规范为规模庞大的 HDMI 生态系统带来更多选择,为创建、分发和体验理想的终端用户效果提供更先进的解决方案。新技术为电视、电影和游戏工作室等内容制作商在当前和未来提供更高质量的选择,同时实现多种分发平台。96Gbps的更高带宽和新一代 HDMI 固定比率速率传输(Fixed Rate Link)技术为各种设备应用提供更优质的音频和视频。终端用户显示器能以最
    百佳泰测试实验室 2025-01-09 17:33 60浏览
  • 1月7日-10日,2025年国际消费电子产品展览会(CES 2025)盛大举行,广和通发布Fibocom AI Stack,赋智千行百业端侧应用。Fibocom AI Stack提供集高性能模组、AI工具链、高性能推理引擎、海量模型、支持与服务一体化的端侧AI解决方案,帮助智能设备快速实现AI能力商用。为适应不同端侧场景的应用,AI Stack具备海量端侧AI模型及行业端侧模型,基于不同等级算力的芯片平台或模组,Fibocom AI Stack可将TensorFlow、PyTorch、ONNX、
    物吾悟小通 2025-01-08 18:17 53浏览
  • 在当前人工智能(AI)与物联网(IoT)的快速发展趋势下,各行各业的数字转型与自动化进程正以惊人的速度持续进行。如今企业在设计与营运技术系统时所面临的挑战不仅是技术本身,更包含硬件设施、第三方软件及配件等复杂的外部因素。然而这些系统往往讲究更精密的设计与高稳定性,哪怕是任何一个小小的问题,都可能对整体业务运作造成严重影响。 POS应用环境与客户需求以本次分享的客户个案为例,该客户是一家全球领先的信息技术服务与数字解决方案提供商,遭遇到一个由他们所开发的POS机(Point of Sal
    百佳泰测试实验室 2025-01-09 17:35 59浏览
  • 在过去十年中,自动驾驶和高级驾驶辅助系统(AD/ADAS)软件与硬件的快速发展对多传感器数据采集的设计需求提出了更高的要求。然而,目前仍缺乏能够高质量集成多传感器数据采集的解决方案。康谋ADTF正是应运而生,它提供了一个广受认可和广泛引用的软件框架,包含模块化的标准化应用程序和工具,旨在为ADAS功能的开发提供一站式体验。一、ADTF的关键之处!无论是奥迪、大众、宝马还是梅赛德斯-奔驰:他们都依赖我们不断发展的ADTF来开发智能驾驶辅助解决方案,直至实现自动驾驶的目标。从新功能的最初构思到批量生
    康谋 2025-01-09 10:04 58浏览
  • 根据环洋市场咨询(Global Info Research)项目团队最新调研,预计2030年全球中空长航时无人机产值达到9009百万美元,2024-2030年期间年复合增长率CAGR为8.0%。 环洋市场咨询机构出版了的【全球中空长航时无人机行业总体规模、主要厂商及IPO上市调研报告,2025-2031】研究全球中空长航时无人机总体规模,包括产量、产值、消费量、主要生产地区、主要生产商及市场份额,同时分析中空长航时无人机市场主要驱动因素、阻碍因素、市场机遇、挑战、新产品发布等。报告从中空长航时
    GIRtina 2025-01-09 10:35 60浏览
  • 「他明明跟我同梯进来,为什么就是升得比我快?」许多人都有这样的疑问:明明就战绩也不比隔壁同事差,升迁之路却比别人苦。其实,之间的差异就在于「领导力」。並非必须当管理者才需要「领导力」,而是散发领导力特质的人,才更容易被晓明。许多领导力和特质,都可以通过努力和学习获得,因此就算不是天生的领导者,也能成为一个具备领导魅力的人,进而被老板看见,向你伸出升迁的橘子枝。领导力是什么?领导力是一种能力或特质,甚至可以说是一种「影响力」。好的领导者通常具备影响和鼓励他人的能力,并导引他们朝着共同的目标和愿景前
    优思学院 2025-01-08 14:54 93浏览
  • 在智能网联汽车中,各种通信技术如2G/3G/4G/5G、GNSS(全球导航卫星系统)、V2X(车联网通信)等在行业内被广泛使用。这些技术让汽车能够实现紧急呼叫、在线娱乐、导航等多种功能。EMC测试就是为了确保在复杂电磁环境下,汽车的通信系统仍然可以正常工作,保护驾乘者的安全。参考《QCT-基于LTE-V2X直连通信的车载信息交互系统技术要求及试验方法-1》标准10.5电磁兼容试验方法,下面将会从整车功能层面为大家解读V2X整车电磁兼容试验的过程。测试过程揭秘1. 设备准备为了进行电磁兼容试验,技
    北汇信息 2025-01-09 11:24 67浏览
  • 职场是人生的重要战场,既是谋生之地,也是实现个人价值的平台。然而,有些思维方式却会悄无声息地拖住你的后腿,让你原地踏步甚至退步。今天,我们就来聊聊职场中最忌讳的五种思维方式,看看自己有没有中招。1. 固步自封的思维在职场中,最可怕的事情莫过于自满于现状,拒绝学习和改变。世界在不断变化,行业的趋势、技术的革新都在要求我们与时俱进。如果你总觉得自己的方法最优,或者害怕尝试新事物,那就很容易被淘汰。与其等待机会找上门,不如主动出击,保持学习和探索的心态。加入优思学院,可以帮助你快速提升自己,与行业前沿
    优思学院 2025-01-09 15:48 51浏览
我要评论
0
点击右上角,分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦