连续时间信号

更新时间:2023-05-31 19:43

连续时间信号是指时间自变量在其定义的范围内,除若干不连续点以外均是连续的,且信号幅值在自变量的连续值上都有定义的信号。信号幅值可以是连续的也可以是离散的。与连续时间信号相对应的是离散时间信号

定义

信号的波形特征可用两个物理量来表示,即时间和幅值。将时间自变量 在除个别不连续点外的其他定义范围内,任意时刻幅值都有定义的信号,称为连续时间信号,一般用函数 表示。由于“连续”是相对时间而言的,故连续时间信号的幅值可以是连续的,也可以是离散的。幅值连续是指在某一取值范围内,信号可以取无限多个值。

特点及分类

连续时间信号

连续时间信号的特点是:除个别不连续点外,信号在所讨论的时间段内的任意时间点都有确定的函数值(幅值),该函数值可以是连续的也可以是离散化的。

若信号的时间与幅值都是连续的,则称此类信号为模拟信号。例如:信号 的时间和幅值都是连续的,即为模拟信号。如果信号的时间连续,但是信号的幅值离散,则称此类信号为量化信号。

离散时间信号

所以,有两种连续信号:一种是取值也是连续的,一种是取值是离散的;同理,离散信号也有两种:一种是取值连续——抽样信号,一种是取值离散——数字信号。

周期信号和非周期信号

若信号按照一定的时间间隔周而复始,并且无始无终,则称此类信号为周期信号。他们的表达式可以写作

, (任意整数)

其中 称为 的周期,而满足关系式的最小 值则称为是信号的基本周期。

若信号在时间上不具有周而复始的特性,即周期信号的周期趋于无限大,则称此类信号为非周期信号。

连续时间信号和离散时间信号与周期信号和非周期信号彼此包含,即连续时间信号和离散时间信号中有周期信号和非周期信号,同理,周期信号和非周期信号中也包含连续时间信号和离散时间信号。

典型信号

数学中很多常用的信号都是连续时间信号,下面主要介绍几种典型的连续时间信号。

正弦信号

两个振幅和初相位均不同的同频率正弦信号相加后,其结果仍是原频率的正弦信号。

抽样信号

是关于 的偶函数,是一个以 为周期,且具有 的单调衰减幅值的振荡信号。

单位阶跃信号

在跃变点 处,函数值未定义。若单位阶跃信号的跃变点在 处,则称其为延时单位阶跃信号,其波形为 在时间轴 上向右平移 。

阶跃信号可以表示任意的方波脉冲信号。

单位冲激信号

单位冲击信号的物理意义:持续时间无穷小,瞬间幅值无穷大,涵盖面积恒为1。冲击信号与阶跃信号的关系是:

冲击偶信号是对单位冲击信号求导所得,即

指数信号

指数信号根据其表达式中是否存在复数,可以将信号分为实指数信号和复指数信号。

1、实指数信号

若 ,则 ,即一条幅值为 且平行于时间轴 的直线,表示直流信号。下面给出了 时实指数信号 的波形图。

2、复指数信号

由欧拉公式可得: 。若 ,则 变为正弦信号。下面给出了 时对应的复指数信号 的波形图。

符号信号

符号信号与单位阶跃信号的关系是:

基本运算

连续时间信号的基本运算主要有:加减法、乘法、微分、积分、时移、翻转、尺度变换、信号分解、卷积等。

加法与乘法

连续时间信号的相加(或相乘)是指两个信号在任意时刻函数值之和(或积)。需要注意的是:运算应在对应的时间上进行。

微分与积分

信号 的微分(导数)是指信号 的函数值随时间变化的变化率。当信号 中含有不连续点时,则 在这些不连续点上出现冲激,其强度为原函数在该点处的跳变量。

信号 的积分是指在 到 区间内的任意时刻处,信号与时间轴所包围的面积。

时移与翻转

信号 时移 ( ),就是将 表达式及其定义域中所有自变量 替换为 ,从而使 表达式变为 。从信号波形上看, 的波形是将 的波形向左移动 时间; 的波形是将 的波形向右移动 时间。

信号 的翻转就是将 表达式以及定义域中的所有自变量 替换为 ,从而使 的表达式变为 。从信号波形上看, 的波形与 的波形关于纵轴 呈镜像对称。

翻转信号 的时移规律与信号 恰好相反。

尺度变换

信号 的尺度变换就是将信号 表达式中以及定义域中的所有自变量 替换为 ,从而使 的表达式变为 。

当 时, 是将 的波形沿时间轴压缩至原来的 ;

当 时, 是将 的波形沿时间轴扩展至原来的 ;

当 时, 是将 的波形沿时间轴压缩或扩展至原来的 。

信号分解

信号 的分解就是将时间信号 用若干个奇异函数之和来表示。 可以分解任意信号。

卷积

卷积定义可知:

连续时间信号的卷积步骤:

(1) 将信号 和 中的自变量 变为 ,称为函数的自变量;

(2) 把其中一个信号翻转、平移;

(3) 将 和 相乘,对乘后的图形积分。

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