信号与系统基本内容及分析方法

张惠萍 石少雄 蒋丽 刘元福

1.长江师范学院电子信息工程学院； 2.重庆工业设备安装集团

引言：在数字信息时代高速发展的阶段，《信号与系统》已经成为电子信息专业课程学习的核心和电子信息技术的理论基础。从信号的描述和分类、系统的描述和分析、线性时不变系统的特征、信号和系统分析的基本内容和方法等方面介绍了本课程的基本内容和知识。通过加强学习和梳理，主要为学习和从事信号分析与处理的初学者提供帮助。

一、信号的描述与分类

在我们的世界里，有很多信息对我们非常重要。我们通常不能直接理解和理解某些信息、某些信息的变化或特征，但更多需要通过载波分析和借助于其他载波(即信号)的处理来实现。换句话说，信号指的是消息的传输载体，而消息是特定的内容。

（一）信号描述。信号可以广义地定义为一些参数变化的某种物理量[1]。这是因为人们经常用电、光、声音和力等物理量的变化作为传播或接收信息的载体。在世界上许多信号是复杂多变的，例如电信号表示为随时间变化的电流或电压。人们希望把所感知或所表述事物运动状态及其变化方式，用一种直观、简捷、可度量的方式描述以便于分析与处理。数值化是最有效的手段，便于用数学分析工具来研究信号。为此，通常把信号属性抽象成数学函数(表达式、图形和数据等)或特征量[2－4]。

（二）信号分类

在信号和系统中，当根据确定性进行划分时，确定的信号在其域中的每个点都具有确定的值，随机信号在其定义域中的任何时候都没有确定的值。根据连续性，连续信号的定义域是连续区间，离散信号的定义域是离散点。根据周期性，周期信号在实数集中具有重复性，而非周期性信号不会重复。根据可积性，能量信号的归一化功率为零，而功率信号归一化功率是非零有限值。不同类型的信号有不同的特征，据此人们可以清楚地识别信号。

二、系统的描述及分类

系统是一个具有特定功能的有机整体，由相互作用和相互依赖的单元组成。我们生活中有各种各样的系统，如电路系统、信号处理系统、硬件系统、软件系统等。在不同的系统中，它将实现不同的功能。

（一）系统描述。系统描述首先建立系统的数学模型—描述该系统的基本特性。通常有输入输出描述法以及状态空间法。系统的数学模型可借助单元方框图反映出来。它表示某种运算，突出输入输出的关系。例如加法器的计算，f1(t)和f2(t)表示输入，y(t)表示输出，则y(t)= f1(t)+ f2(t)。

（二）系统分类。根据系统的特点，可分为连续时间系统和离散时间系统、线性系统和非线性系统、时变系统和时不变系统、因果系统和非因果系统、稳定系统和非稳定系统、记忆系统和非记忆系统、集中参数系统和非集中参数系统等。现实生活中，世界到处都有丰富多样的系统，其中线性时不变系统由于其发展领域不断扩大，对我们的研究具有更强的分析意义。

三、信号与系统分析的基本内容与方法

信号与系统是高等院校里电子信息与技术的专业基础课，教学大纲是分析系统对信号的响应。课程内容为：学习信号变换的理论，同时会基础的线性非时变系统分析。全书可以概括为一个任务，两种系统,两类方法,三大变换。信号和系统之间的关系密切相关，信号的形成、传输或接收与系统密不可分。该系统主要分析、转换或处理信号。信号和系统分析相结合。这两者不能分开，否则不会有任何效果。该方案将信号分析和系统分析相结合，通过分解、转换和统计，主要包括信号表示和系统描述。系统分析的目的是了解给定系统的结构、特征或更广泛的性能[5]。

信号和系统的分析方法主要包含四个方面。首先是信号分析的理论和方法，它将信号源分解成多个分量或多个分量。其次，根据预期需求对信号进行处理、分析和处理。第三是系统分析，在给定系统下，分析输入信号的响应，并获得输入信号对给定系统的反馈特性。通常，系统分析包括三个步骤:系统建模、系统解决方案和结果解释。最后就是系统集成设计，系统集成也可以理解为系统设计或实现，它根据前三个步骤获得给定系统的输出并设计系统。

四、结束语

本文简述了信号和系统的描述以及它们各自的分类，并介绍了信号与系统分析的基本内容与方法。其中信号与系统分析方法主要是信号分析、信号处理、系统分析和系统综合构成。信号与系统是高等院校电子信息与技术一门重要的专业基础课程，它的教学内容任务主要是分析系统对信号的响应。这门专业课程难度也相对较大，还需要理论联系实际，做大量仿真实验，才能更好的理解认识并运用到现实生活中。