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信号与系统基础知识

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第1章 信号与系统的基本概念

1.1 引言

系统是一个广泛使用的概念,指由多个元件组成的相互作用、相互依存的整体。我们学习过“电路分析原理”的课程,电路是典型的系统,由电阻、电容、电感和电源等元件组成。我们还熟悉汽车在路面运动的过程,汽车、路面、空气组成一个力学系统。更为复杂一些的系统如电力系统,它包括若干发电厂、变电站、输电网和电力用户等,大的电网可以跨越数千公里。

我们在观察、分析和描述一个系统时,总要借助于对系统中一些元件状态的观测和分析。例如,在分析一个电路时,会计算或测量电路中一些位置的电压和电流随时间的变化;在分析一个汽车的运动时,会计算或观测驱动力、阻力、位置、速度和加速度等状态变量随时间的变化。系统状态变量随时间变化的关系称为信号,包含了系统变化的信息。

很多实际系统的状态变量是非电的,我们经常使用各种各样的传感器,把非电的状态变量转换为电的变量,得到便于测量的电信号。

隐去不同信号所代表的具体物理意义,信号就可以抽象为函数,即变量随时间变化的关系。信号用函数表示,可以是数学表达式,或是波形,或是数据列表。在本课程中,信号和函数的表述经常不加区分。

信号和系统分析的最基本的任务是获得信号的特点和系统的特性。系统的分析和描述借助于建立系统输入信号和输出信号之间关系,因此信号分析和系统分析是密切相关的。

系统的特性千变万化,其中最重要的区别是线性和非线性、时不变和时变。这些区别导致分析方法的重要差别。本课程的内容限于线性时不变系统。

我们最熟悉的信号和系统分析方法是时域分析,即分析信号随时间变化的波形。例如,对于一个电压测量系统,要判断测量的准确度,可以直接分析比较被测的电压波形)(in t v (测量系统输入信号)和测量得到的波形)(out t v (测量系统输出信号),观察它们之间的相似程度。为了充分地和规范地描述测量系统的特性,经常给系统输入一个阶跃电压信号,得到系统的阶跃响应,图1-1是典型的波形,通过阶跃响应的电压上升时间(电压从10%上升至90%的时间)和过冲(百分比)等特征量,表述测量系统的特性,上升时间和过冲越小,系统特性越好。其中电压上升时间反映了系统的响应速度,小的上升时间对应快的响应速度。如果被测电压快速变化,而测量系统的响应特性相对较慢,则必然产生较大的测量误差。

信号与系统分析的另一种方法是频域分析。信号频域分析的基本原理是把信号分解为不

同频率三角信号的叠加,观察信号所包含的各频率分量的幅值和相位,得到信号的频谱特性。图1-2是从时域和频域观察一个周期矩形波信号的示意图,由此可以看到信号频域和时域的关系。系统的频域分析是观察系统对不同频率激励信号的响应,得到系统的频率响应特性。频域分析的重要优点包括:(1)对信号变化的快慢和系统的响应速度给出定量的描述。例如,当我们要用一个示波器观察一个信号时,需要了解信号的频谱特性和示波器的模拟带宽,当示波器的模拟带宽能够覆盖被测信号的频率范围时,可以保证测量的准确。(2)为线性系统分析提供了一种简化的方法,在时域分析中需要进行的微分或积分运算,在频域分析中简化成了代数运算。

为s 析。换方法的内在联系,将依次介绍连续周期信号傅里叶级数(FS )、连续信号傅里叶变换(FT )、

拉普拉斯变换、离散周期信号傅里叶级数(DFS )、离散时间傅里叶变换(DTFT )、z 变换,以及用于计算机计算的离散傅里叶变换(DFT )和快速傅里叶变换(FFT )。

1.2 信号的分类

1.2.1 连续时间信号和离散时间信号

连续时间信号简称为连续信号,在所讨论的信号时间区间内,除了若干不连续点之外,任意时间都有确定的信号取值。连续信号的符号表示为)(t f ,t 为时间,连续取值。当需要区分连续信号和离散信号时,以下标a 表示连续信号,表示为)(a t f 。图1-3是一个连续信号的示意图。

连续信号可分为非奇异信号和奇异信号。当信号和信号的各阶导数在整个时间区间都是连续时,称为非奇异信号;当信号或信号的某阶导数存在不连续点(跳变点)时,称为奇异

图1-2 周期矩形波信号的时域和频域

信号。注意,如果一个信号本身是连续的,但若干次求导以后的导函数存在不连续点,则是奇异信号。一个非奇异信号和一个奇异信号相加或相乘,其结果通常仍为一个奇异信号。

离散时间信号简称为离散信号,在所讨论的信号时间区间内,信号只在一些离散时间点取值,其他时间无定义。离散信号的符号表示为)(d n f ,n 为离散点序数,取整数值。这里用下标d 表示离散信号,以区分连续信号和离散信号。图1-4是一个离散信号的示意图。注意,在离散点之间,信号无定义,不要理解为信号取零值。

离散信号通常来自于对连续信号的抽样,并且经常是等间隔抽样。相邻两个抽样点之间的时间间隔称为抽样周期或抽样间隔,用s T 表示;单位时间的抽样点数称为抽样率,用s f 表示,有s s /1T f =。信号抽样满足关系)()(s a d nT f n f =。在离散信号分析中,经常隐去时间的概念,因此也称为离散序列。

实际中还经常用到模拟信号和数字信号的概念。所谓模拟信号,信号的时间和幅值都连续取值。本课程中不区分模拟信号和连续信号。所谓数字信号,信号的时间和幅值都离散取值。实际中的信号抽样,由于模数转换器(A/D 转换器)的位数限制,抽样得到的离散点的信号幅值都是离散的,所以是数字信号。

1.2.2

a f (1-1)

T 称为连续周期信号的周期。

离散周期信号满足关系

)

()(d d N n f n f +=

(1-2)

N 取正整数,称为离散周期信号的周期。 1.2.3 能量有限信号和能量无限信号

一个连续信号)(a t f 的能量定义为 ?∞∞

-=t t f E d )(2

a a

(1-3)

图1-3 连续信号

图1-4 离散信号

当)(a t f 为复信号时,)()()(a a 2

a t f t f t f *=。信号)(a t f 的能量可理解为:假设)(a t f 是一个电压信号或电流信号,它作用在一个1Ω电阻上时所消耗的能量为信号能量。

一个离散信号)(d n f 的能量定义为 ∑

-∞

==n n f E 2

d d )(

(1-4)

当)(d n f 为复信号时,)()()(d d 2

d n f n f n f *=。

对于连续信号和离散信号,当信号的能量为有限值时称为能量有限信号,否则称为能量无限信号。式(1-3)和式(1-4)中取信号的绝对值,表示信号能量的定义对复信号也成立。

1.3 典型信号

1.3.1 典型连续非奇异信号

1. 三角信号

三角信号有正弦和余弦两种表示形式,为方便起见,本教材选择余弦函数的表示方式。三角信号的一般表达式为

)cos()(φω+=t M t f (1-5)

式中M 为信号幅值,ω为角频率,φ为初始相位。以后在提到三角信号的初始相位时,均指余弦表示方式下的初始相位。三角信号的角频率ω、频率f 和周期T 满足关系:ω

π

21==

f T 。当三角信号的角频率0=ω时为直流信号,直流信号是三角信号的一个特例。图1-5是一个三角信号的典型波形。

2. 指数信号 指数信号的表达式为

at

A t f e )(=

(1-6)

式中A 和a 均为实数,A 为0=t 时的信号幅值,a 为衰减系数,当0>a 时,)(t f 随时间增大而增加;当0

at

A t f e )(=

(1-7)

式中A 和a 既可为实数也可为复数,有以下几种情况。

(1)当A 和a 都为实数时,)(t f 就是一个指数信号。指数信号是复指数信号的一个特例。 (2)当A 为实数,a 为复数时,设

ω

σj +=a

(1-8) 有

t

A t f )j (e )(ωσ+=

(1-9) 根据欧拉公式

?????-=+=-t t t t t t

ωωωωωωsin j cos e

sin j cos e j j

(1-10a )

???

???

?-=+=--)e e (j 21sin )e e (21cos j j j j t t t t t t ωωωωωω

(1-10b ) 于是有

t

A t A t f t t ωωσσsin e j cos e )(+=

(1-11)

此时)(t f 的实部和虚部都是一个指数包络的三角函数,复数a 的实部和虚部分别表示衰减系数和角频率。当0=σ时,有

t A t A t f ωωsin j cos )(+= (1-12)

它的实部和虚部都是无衰减的三角函数。

(3)如果A 和a 都为复数,设

ω

σφj e j j +==+=a A I R A

(1-13)

则有

)

sin(e j )cos(e e e )()j (j φωφωσσωσφ+++==+t A t A A t f t

t

t

(1-14)

其实部和虚部分别是一个指数包络的三角函数,复数A 的模和辐角分别表示指数包络三角函数的幅值和初始相位,复数a 的实部和虚部分别表示衰减系数和角频率。

复指数信号是一个抽象的信号,实际中并不存在复指数信号,但借助于复指数信号,可以表示指数信号、三角信号和指数包络三角信号,描述了幅值、衰减、频率和相位等特征量。

4. 三角信号的复指数表示

一个三角信号可以用一对共轭复指数信号表示,根据欧拉公式,它们满足关系

[]

t

t t t t t A A M M M t M t f ωωωφωφφωφωφωj 2j 1j j j j )

(j )(j e e e e 2e e 2e e 2

)

cos()(---+-++=+=+=+=

(1-15)

(M 是实数,A 1、A 2是复数。)

图1-7显示了在复平面上一对共轭复指数信号叠加为一个实三角信号的关系。在复平面上,共轭复函数t ωj e 和t ωj e -是一对旋转的单位向量,向量始端在原点,长度为1,分别以ω和

ω-的角速度旋转。在0=t 时,两个旋转向量的起始位置在正实轴,即初始相位均为零;在

任意时间t ,两个单位旋转向量与实轴的夹角分别为t ω和t ω-。两个向量在实轴上的投影都是t ωcos ,在虚轴上的投影分别为t ωsin j 和t ωsin j -。t ωj e 和t ωj e -始终关于实轴对称,两个向量叠加得到向量t ωcos 2,始终在实轴上变化,是一个实函数,最大幅值为2。

式(1-15)中的共轭复数φj 1e 2M A =和φ

j 2e 2-=M A 是复平面上两个关于实轴为对称的固定向量,向量始端在原点,长度为2

M

,辐角分别为φ和φ-。

复数1A 和2A 与复函数

t

ωφj j e --,它们也是复平面ω和ω-旋转,初始相位

分别为φ和φ-。在任意时间t ,两个向量与实轴的夹角分别为φω+t 和)(φω+-t 。这两个向量在实轴上的投影均为

)cos(2φω+t M ,在虚轴上的投影分别为)sin(2

j φω+t M 和)sin(2

j φω+-

t M

。两个向量始终关于实轴对称,叠加得向量)cos(φω+t M ,始终在实轴上变化,最大幅值为M 。

由此可见,一对任意幅值和初始相位的共轭复指数信号的叠加是一个实三角信号。反过

来,任意幅值和初始相位的三角信号可分解为两个复指数信号的叠加。共轭复数2e j 1φ

M A =和

2

e j 2φ

-=M A 的模和辐角对应于三角信号)cos(φω+t M 的幅值和初始相位,单位共轭复函数

t ωj e 和t ωj e -的角频率对应于三角信号的角频率。

一个实三角信号分解为正、负两个频率的复指数信号的叠加,引出了负频率的概念,这个负频率的物理意义表示的还是实际的相同数值的正频率。

信号的复指数表示把指数信号、三角信号和指数包络三角信号统一到了同一个形式,同时包含了幅值、衰减、频率和相位等特征量,给信号和系统分析带来了很大方便,因此得到了大量使用。

5. 抽样信号 抽样信号的表达式为

t

t t sin )(Sa =

(1-16)

其波形如图1-8。在0=t 时刻,抽样信号取值为 1sin lim )(Sa 00==→=t

t

t t t

(1-17)

抽样信号满足以下关系

?∞

∞-=πd )Sa(t t

(1-18)

1.3.2

图1-9 单位阶跃信号

1. 单位阶跃信号 单位阶跃信号的定义为

??

?=01)(t u

<>t t (1-19)

???=-01

)(0t t u

00t t t t <> (1-20)

图1-9是单位阶跃信号的波形,在0=t 处信号跳变。

2. 单位冲激信号 单位冲激信号的定义为

??

?∞

=0)(t δ

0≠=t t 和

?

-=1d )(t t δ

(1-21)

??

?∞

=-0)(0t t δ

0t t t t ≠= 和

?

-=-1d )(0t t t δ

(1-22)

图1-10是单位冲激信号的图形表示。

直观地理解,单位冲激信号具有两个基本特点:其一,信号在一个无穷小时间区间里取非零值,其他区间为零或无穷小;其二,信号波形的净面积为1。因为信号在无穷小区间内的净面积是1,所以信号的幅值必然是无穷大。

1,则高度为0→τ ?????

?--+=→)2()2(1lim )(0τττδτt u t u t (1-23)

抽样信号取极限也可得到冲激信号。构造信号

)S a(π

kt k

,当∞→k 和0→t 时,有图1-11 单位冲激信号的逼0

图1-10 单位冲激信号

∞→)Sa(πkt k ;当∞→k 和0≠t 时,有0)Sa(π

=kt k

(此处应用了广义极限0sin lim =∞→kt k )

。可见,当∞→k 时,信号波形宽度趋于0,幅值趋于∞,且有

?∞

∞-=1d )Sa(πt kt k

(1-24) 因此

)()Sa(πlim t kt k k δ=??

?

???∞→

(1-25)

将任意形状的信号进行水平压缩,如果它满足上述冲激信号的两个特点,就可以用冲激信号表示。如果波形的净面积不是1,而是一个常数E ,则可以用一个强度为E 的冲激信号表示,即)(t E δ。

单位冲激函数具有以下基本特性: (1)与单位阶跃函数的关系 t

t u t d )

(d )(=δ (1-26)

?∞-=t

t u ττδd )()(

(1-27)

(2)抽样特性

???-=-=)()()()()()0()()(000t t t f t t t f t f t t f δδδδ

(1-28)

?????=-=??∞∞

-∞∞

-)(d )()()0(d )()(00t f t t t t f f t t t f δδ

(1-29)

(3)奇偶特性

)()(t t δδ=- (1-30)

(4)尺度特性

)(1

)(t a

at δδ= (1-31)

以下几个例子可以帮助理解冲激信号的物理意义。

例1-1 在图1-12中,一个直流电源对电容充电,当开关K 在0=t 时刻关合时,电容在瞬间被充电至电压E 。设电容C 的初始电压为0,则电容的电荷随时间的变化为

)

()(t CEu t q =

(1-32)

充电电流是电荷变化的导函数

)(d )

(d )(t CE t

t q t i δ== (1-33)

它是一个强度为CE 的冲激信号。实际电路中不可避免地有电感和电阻,充电时间不可能为无穷小,充电电流幅值也达不到无穷大,但在充电电流持续时间很短、电流幅值很大的情况下,可用冲激信号近似表示。

例1-2 在图1-13中,一个质量为M 的刚性球处于静止状态,在0=t 时刻被另一刚性球撞击,开始以速度V 运动,因为撞击时间很短,则被撞刚性球的速度变化为

)

()(t Vu t v =

(1-34) 其加速度为

)(d )

(d )(t V t

t v t a δ==

(1-35)

其所受到的撞击力为

)

()()(t MV t Ma t f δ==

(1-36)

被撞击球所受的撞击力和运动加速度都可以用冲激信号表示。实际中的撞击时间不可能为无穷小,因此撞击力也达不到无穷大,但在撞击时间很短的情况下可以用冲激信号近似表示。

图1-12 直流电源对电容充

图1-14 长线上质点的线

密度

图1-13 刚性球碰撞

例1-3 图1-14所示是一根长线,在1x 和2x 两位置有两个质量分别为1M 和2M 的质点,长线其他部分无质量。该长线质量分布随x 变化的关系为

)()()(2211x x u M x x u M x m -+-= (1-37) 其质量线密度为

)()(d )

(d )(2211x x M x x M x

x m x d -+-==δδ (1-38)

实际中的质点总具有一定的尺寸,在尺寸很小的情况下,质量线密度可以用冲激信号表示。

3. 单位冲激偶信号 单位冲激偶信号的定义为

t

t t d )(d )('δδ=

(1-39)

单位冲激偶信号的基本特性:

?∞-=t

t t t )(d )('δδ

(1-40)

?∞

∞-=0d )('t t δ

(1-41)

?∞

∞--=)0('d )()('f t t f t δ

(1-42)

?∞

∞--=-)('d )()('00t f t t f t t δ

(1-43)

)()0(')(')0()(')(t f t f t t f δδδ-= (1-44)

1.3.3 典型离散信号

1.单位样值信号 单位样值信号的定义为

??

?=0

1

)(d n δ

≠=n n

(1-45)

??

?=-0

1)(d m n δ

m

n m

n ≠= (1-46)

图1-15是单位样值信号的波形。单位样值信号不是单位冲激信号的抽样。

2.单位阶跃序列 单位阶跃序列的定义为

??

?=01

)(d n u

<≥n n (1-47)

??

?=-01

)(d m n u

m

n m

n <≥ (1-48)

图1-16是单位阶跃序列的波形。对连续单位阶跃信号进行抽样,并设定在0=t 时刻对单位阶跃信号的抽样值为1,则抽样结果为单位阶跃序列。

3

(1-49)

式中

M 为幅值,θ为离散角频率,表示单位离散间隔信号变化的角度(用弧度表示),φ为

初始相位。图1-17是三角序列的波形。当三角序列的离散角频率为0时,即为直流序列,直流序列是三角序列的特例。

三角序列

cos()(d θ=n M n f )cos()(φω+=t M t 的数值抽样,如果抽样周期是s T )()(s a d ==M nT f n f

(1-50)

此时 s T ωθ= (1-51)

图1-15 单位样值信号

图1-16 单位阶跃序列 -2 -1 0 1 2 3 图1-17 三角序列

连续角频率ω表示连续三角信号在单位时间内变化的角度,离散角频率θ表示离散三角序列在单位离散间隔内变化的角度,请注意理解和区分它们的物理意义。

对连续三角信号)cos(

)(a φω+=t M t f 抽样得离散三角序列)cos()(d φθ+=n M n f ,虽然)(a t f 是周期信号,但)(d n f 并不一定是周期信号。设)(a t f 的周期为T ,抽样周期为s T ,则)

(d n f 的周期性取决于s T 和T 的关系。如果存在非零正整数1K 和2K ,满足T K T K 2s 1=,即

12s //K K T T =为有理数,则)(d n f 为周期序列。如果12/K K 是既约分数,则)(d n f 的周期为

1K N =。当T T /s 为无理数时,)(d n f 不会周期重复,为非周期序列。

4.指数序列 指数序列的表达式为

n

Ar n f =)(d

(1-52)

式中A 和r 均为实数,A 为0=n 时的信号幅值,r 为离散衰减系数,当1>r 时,)(d n f 随n 增大而增加;当1

对连续指数信号at a A t f e )(=抽样,可得离散指数序列

n

anT s Ar A nT f n f s ===e )()(a d

(1-53) 其中

s aT r e = (1-54)

表示一个抽样间隔中的信号衰减。

5.复指数序列 复指数序列的表达式为

an

A n f e )(d =

(1-55)

式中A 和a 可为实数或复数。类似于连续复指数函数,随着A 和a 取值的不同,)(d n f 也有不同的变化。

(1)当A 和a 都为实数时,有

()

n

n

a

d Ar A n f ==

e )(

图1-18 指数序列波形

此为实指数序列。指数序列是复指数序列的一个特例。

(2)当A 为实数,a 为复数时,设

θ

σj a +=

(1-57) 有

n Ar n Ar A A n f n n n n n θθθσθσsin j cos e e e )(j )j (d +===+ (r 为e 的σ次方)

(1-58)

其实部和虚部都是指数包络的三角序列,复数a 的实部和虚部分别表示了离散信号的衰减和角频率。当0=σ时,有

n A n A n f θθsin j cos )(d += (1-59)

其实部和虚部都是三角序列。

(3)当A 和a 都为复数时,设

θ

σj +=a ,

φj e j A I R A =+=

(1-60) 则有

)

sin(j )cos()

sin(e j )cos(e )(d φθφθφθφθσσ+++=+++=n r A n r A n A n A n f n

n

n n

(1-61)

其实部和虚部分别是一个指数包络的三角序列,复数A 的模和辐角分别表示了指数包络三角序列的幅值和初始相位,复数a 的实部和虚部分别表示了衰减和角频率。借助于离散复指数信号,可以表示离散指数信号、离散三角信号和离散指数包络三角信号,描述了幅值、衰减、频率和相位等特征量。

和连续三角信号类似,一个离散三角序列可以表示为一对共轭的离散复指数序列的叠加,即

n n n n n n A A M M M n M n f θθθφθφφθφθφθj 2j 1j j j j )(j )

(j d e e e e 2e e 2)e e (2

)

cos()(---+-++=+=+=

+=

依然可以用类似于图1-7所示的向量图表示离散三角序列和离散复指数序列的关系,差别在于,连续信号情况下,旋转向量连续旋转,旋转角频率分别为ω和ω-;离散信号情况下,旋转向量离散(步进)旋转,旋转角频率(单位离散间隔步进的角度)分别为θ和θ-。

1.4 信号的运算

1.4.1 信号的移位、反褶与尺度变化

已知信号)(t f ,)(τ±t f 是对)(t f 的移位运算,正号对应于)(t f 波形左移时间τ;负号对应于)(t f 波形右移时间τ。)(at f 是对)(t f 的尺度运算,当1>a 时,)(t f 波形在水平方向被压缩;当10<

信号)(b at f ±同时包含了对信号)(t f 的移位、反褶和尺度运算。具体运算步骤可分解如下:(1)改写信号形式

[]

)/()(a b t a f b at f ±=±

(1-63)

(2)由)(t f 做尺度和反褶运算得)(at f ;(3)由)(at f 做移位运算得[])(a b t a f ±。在同时包含移位、反褶和尺度运算时,需注意运算步骤,否则会导致错误。

例1-4 已知信号)(t g ,波形如图1-19(a)所示。求)52(+-t g 的波形。

解 改写信号形式,得[])5.2(2)52(--=+-t g t g 。由)(t g 做尺度运算,得)2(t g ,波形如图1-19(b)所示。对)2(t g 做反褶运算,得)2(t g -,波形如图1-19(c)所示。再对)2(t g -右移5.2,得[])5.2(2--t g ,最终波形如图1-19(d)所示。

(期性非零1221//K K T T =为有理数,则)(t f 为周期信号。如果12/K K 是既约分数,则)(t f 的周期为1

1T K 图1-19 信号的移位、反褶与尺度

图1-20 信号周期延拓

或22T K 。如果21T 为无理数,则)(t f 为非周期信号。可以看到,周期信号相叠加并不一定是周期信号,只有它们的周期之比为有理数时,叠加后的信号才保持周期性。 1.4.3 信号的周期延拓

已知非周期信号)(t g ,它的周期延拓为

∑∞

-∞

=+=

k kT t g t f )

()(

(1-66)

其中T 为延拓周期。)(t f 为周期信号,周期等于延拓周期T 。图1-20为信号周期延拓示意图,它包括无混叠周期延拓和有混叠周期延拓两种情况。当信号)(t g 非零值的时间有限(简称时间有限),且)(t g 非零值的时间小于延拓周期T 时,重复移位的)(t g 波形互相不混叠,为无混叠延拓,如图1-20(b)所示。当信号)(t g 非零值的时间无限(简称时间无限),或者)(t g 时间有限,但)(t g 非零值的时间大于延拓周期T 时,重复移位的)(t g 波形互相混叠,为有混叠延拓,如图1-20(c)所示。 1.4.4 信号的抽样

所谓抽样,就是从连续信号)(a t f 中,每隔一定时间间隔抽取一个样本,通常为等间隔抽样,抽样间隔s T 也称抽样周期。信号抽样有脉冲抽样和数值抽样两种方式。

脉冲抽样是用一个周期脉冲信号)(p t s 和被抽样信号)(a t f 相乘,得到抽样信号

)()()(p a s t s t f t f =,此处下标p 表示周期信号,下标a 表示连续信号,下标s 表示脉冲抽样信

号。当抽样用的周期脉冲信号为矩形脉冲时,称为矩形脉冲抽样,图1-21为矩形脉冲抽样的情况。当抽样用的周期脉冲信号为冲激脉冲时,称为冲激脉冲抽样,图1-22为冲激脉冲抽样的情况。脉冲抽样信号)(s t f 仍为连续信号。数值抽样是以s T 时间间隔抽取连续信号)(a t f

样的情况。

1.5.1 图1-21 信号矩形脉冲抽

图1-22 信号冲激脉冲抽

任一信号)(t f 可分解为直流分量和交流分量之和,即

)()(A t f D t f += (1-67)

其中D 是直流分量,为信号的平均值 ?

-∞→=T

T

T t t f T

D d )(21lim

(1-68)

)(A t f 是交流分量,是原信号中去掉直流分量后的部分。

在信号直流分量和交流分量分解的方式下,原信号的平均功率等于其直流分量的功率与其交流分量的平均功率之和。 1.5.2 偶分量与奇分量

任一信号)(t f 可分解为偶分量和奇分量之和,即

)()()(O E t f t f t f += (1-69)

其中)(E t f 为偶分量,)(O t f 为奇分量,且有

[][]???--=-+=2)()()(2)()()(O E t f t f t f t f t f t f

(1-70)

在信号偶分量与奇分量分解的方式下,原信号的平均功率等于其偶分量的平均功率与其奇分量的平均功率之和。 1.5.3 实部分量与虚部分量

任一复信号)(t f 可分解为实部信号和虚部信号之和,即

)(j )()(I R t f t f t f += (1-71)

其中)(R t f 为实部分量,)(j I t f 为虚部分量,有

[][

][][]

?????-==+==*

*

2

j )()()(Im )(2

)()()(Re )(I R t f t f t f t f t f t f t f t f (1-72)

)(t f *是)(t f 的共轭。

在信号实部分量和虚部分量分解的方式下,信号平均功率为

?

?

?---+

==

2

/2

/2

/2

/2I 2R 2

/2/2

d )(1

d )(1d )(1T T T T T T t

t f T

t t f T

t t f T P

(1-73)

即原信号的平均功率等于其实部分量的平均功率与其虚部分量的平均功率之和。

1.7 系统的分类

1.7.1 连续时间系统与离散时间系统

当系统的输入(激励)信号和输出(响应)信号都是连续信号时,称为连续时间系统。我们所熟悉的电路系统即为连续时间系统。连续时间系统通常用微分方程或微分方程组来描述。

当系统的输入信号和输出信号都是离散信号时,称为离散时间系统。离散时间系统可以通过一个软件程序来实现,在数字信号处理中大量使用。例如,在数字电度表中,首先对电压和电流进行抽样,得离散电压和离散电流信号,然后则通过实时的数字计算,获得离散的功率信号和电量信号,还可以分析谐波,计算谐波功率和电量。离散系统通常用差分方程或差分方程组来描述。

存在连续和离散混合的系统,即一个系统中同时包含连续信号和离散信号。例如数字电度表中的模数(A/D )转换系统,抽样前的信号是连续的,抽样后的信号是离散的。 1.7.2 动态系统与即时系统

系统在任意时刻的输出只取决于同时刻的系统输入,和系统过去的状态无关,则称为即时系统。如果系统的输出不仅取决于同时刻的系统输入,还取决于系统过去的状态,则称为动态系统。

即时系统不包含记忆元件。例如,对于电路系统,电感和电容能够储能,属于记忆元件,电阻则属于非记忆元件。因此,一个只包含电源和电阻的系统是即时系统,而包含了电感或电容的系统称为动态系统。动态系统用微分方程或差分方程描述,即时系统用代数方程描述。 1.7.3 线性系统和非线性系统

线性系统需要满足叠加性和均匀性。所谓叠加性,即多个激励信号作用于系统时所产生的响应等于每个激励单独作用时所产生的响应的叠加。所谓均匀性,即激励信号变化某个倍数时,响应也变化相同的倍数。

当系统为动态系统时,系统的响应不仅取决于激励,还取决于系统的储能,即系统的初始状态,系统的响应和激励之间不可能满足叠加性和均匀性。因此,严格意义上的线性系统不可能是动态系统,只能是即时系统。

在系统分析中,对线性系统的界定不是严格意义上的,而是扩展意义上的。扩展意义上的线性系统需满足:

(1) 系统响应可分解为由激励所产生的零状态响应和由初始状态所产生的零输入响

应;

(2) 零状态响应和激励成线性关系,满足叠加性和均匀性; (3) 零输入响应和初始状态成线性关系,满足叠加性和均匀性。

在线性系统分析中,可以进行信号的分解和叠加,或采用变换域(频域和复频域)分析。对于非线性系统,线性系统的分析方法不再能够直接使用。因此,在进行系统分析时,首先明确系统的线性或非线性是十分重要的。 1.7.4 时不变系统和时变系统

如果系统元件的参数不随时间变化,则称为时不变系统;如果系统元件的参数随时间变化,则称为时变系统。对于时不变系统,如果系统激励为)(t e 时的系统响应是)(t r ,那么当系统激励延时为)(τ-t e 时,系统响应也应是)(t r 的相同时间的延时,即)(τ-t r 。

线性系统的时不变特性对应于系统方程(微分方程或差分方程)的常系数。 1.7.5 因果系统和非因果系统

如果系统在任意时刻的响应只和当前和过去的激励有关,和未来的激励无关,则是因果系统。如果系统的响应和未来的激励有关,则是非因果系统。实际的物理可实现系统,如电路系统、机械系统等,必然是因果系统,非因果系统是物理不可实现的,因此因果系统也称为物理可实现系统。对于由计算机程序构造的离散系统,计算方法中有可能包含非因果关系,例如:)1()()(d d d ++=n e n e n r 。

例1-5 已知系统激励)(t e 、初始状态)(0t r 和响应)(t r 的关系,判断它们是否线性、时不变和因果。

(1) )(3)()(202t e t t r t r +=

线性与非线性:该系统响应)(t r 可以分解为由初始状态引起的响应)()(02z t r t r i =和由激励引起的响应)(3)(2zs t e t t r =的叠加,但初始状态引起的响应和初始状态r(t 0)不成线性。根据线性系统的三个条件,此系统是非线性系统。

时变和时不变:观察系统的零状态响应,当激励为)(t e 时,零状态响应为)(3)(2zs1t e t t r =;当激励延时为)(τ-t e 时,零状态响应为)(3)(2zs2τ-=t e t t r 。因为)()(3)(2zs1τττ--=-t e t t r ,

)()(1zs zs2τ-≠t r t r ,所以系统是时变的。

因果和非因果:系统任意时刻的零状态响应只和该时刻的激励有关,因此是因果系统。

(2) ?∞

-=t

e t r 5d )()(λλ

线性与非线性:当激励为)(1t e 时,系统响应为?∞

-=t

e t r 511d )()(λλ;当激励为)(2t e 时,系

统响应为?∞

-=t

e t r 522d )()(λλ。若当激励为)()(21t e t e +时,系统响应为

[])()(d )()(2152

1t r t r e

e t

+=+?∞-λλλ,满足叠加性。若当激励为)(1t ke 时,响应为

)(d )(151t kr ke t

=?

-λλ,满足均匀性。因此系统是线性的。

时变和时不变:当激励为)(t e 时,系统响应为?∞

-=t

e t r 51d )()(λλ。当激励延时为)(τ-t e 时,

系统响应为?

?-∞

-∞

-=-=)

5(552d )(d )()(τσσλτλt t e e t r 。因为?

-∞

-=-)

(51d )()(τλλτt e t r ,)()(12τ-≠t r t r ,

所以系统是时变的。

因果和非因果:系统响应)(t r 是激励)(t e 在(]t 5,∞-时间区间的积分,当0>t 时,系统在

t 时刻的响应和t 时刻之后(]t t 5,时间区间的激励有关,因此是非因果系统。

信号与系统实验指导书

信号与系统实验指导书 通信教研室 辽宁工业大学 2009年8月

目录 实验一时域卷积积分- 1 - 实验二连续系统时域分析- 10 - 实验三离散系统时域分析- 13 - 实验四二阶低通滤波器的响应- 16 -

1 MATLAB 在信号与系统中的应用 1.1.1 实验目的 (1) 练习连续信号的产生。 (2) 练习傅里叶变换的分析。 (3) 练习连续系统分析。 1.1.2 实验仪器 计算机、MATLAB 软件环境。 1.1.3 实验内容 在下面的实验操作中,认真保存、记录每项操作的作用和目的。 (一) 练习连续信号的产生 已知连续信号()()sin()j t x t e t αω+=+。要求编写程序文件siggen.m ,完成以下功能: (1) 在0≤t ≤5之间,产生该信号。其中0.6,5αω=-=。 (2) 在3个子图上分别画出该信号、信号的实部和虚部,并对图形进行标注。 此外, (3) 将(2)中产生的图形文件以bmp 格式保存到桌面。 (二) 练习连续傅里叶变换的分析 已知信号12()sin(2)2cos(2)s t f t f t ππ=+,其中f 1=47Hz ,f 2=88Hz 。要求: (1) 在0≤t ≤5范围内,步长增量为0.001,求出该信号的傅里叶变换; (2) 在2个子图上,分别绘制该信号的波形和幅频、相频响应曲线图。 (三) 练习连续系统分析 某LTI 系统输入信号为信号1110()0 t u t ≤≤?=? ?其它 ,系统的冲激响应为0.2()t h t e -=,

长度为15。要求: (1) 在时间间隔为0.5前提下,完成系统的卷积计算; (2) 在2个子图上,绘出输入信号和输出信号曲线,并进行标注。 1.1.4 实验预习 (1) 读懂各例题实验程序,了解MA TLAB基本操作方法。 (2) 根据实验内容预先编写实验程序。 1.1.5 实验报告 (1) 列写实验内容和已调试通过的实验程序,并按实验记录完成实验报告,打印实验程序产生的曲线图形。 (2) 思考题 ①若通信信号由有用信号和信道噪声组成,该信号该如何产生? ②连续系统分析的方法

信号与系统基础知识

第1章 信号与系统的基本概念 1.1 引言 系统是一个广泛使用的概念,指由多个元件组成的相互作用、相互依存的整体。我们学习过“电路分析原理”的课程,电路是典型的系统,由电阻、电容、电感和电源等元件组成。我们还熟悉汽车在路面运动的过程,汽车、路面、空气组成一个力学系统。更为复杂一些的系统如电力系统,它包括若干发电厂、变电站、输电网和电力用户等,大的电网可以跨越数千公里。 我们在观察、分析和描述一个系统时,总要借助于对系统中一些元件状态的观测和分析。例如,在分析一个电路时,会计算或测量电路中一些位置的电压和电流随时间的变化;在分析一个汽车的运动时,会计算或观测驱动力、阻力、位置、速度和加速度等状态变量随时间的变化。系统状态变量随时间变化的关系称为信号,包含了系统变化的信息。 很多实际系统的状态变量是非电的,我们经常使用各种各样的传感器,把非电的状态变量转换为电的变量,得到便于测量的电信号。 隐去不同信号所代表的具体物理意义,信号就可以抽象为函数,即变量随时间变化的关系。信号用函数表示,可以是数学表达式,或是波形,或是数据列表。在本课程中,信号和函数的表述经常不加区分。 信号和系统分析的最基本的任务是获得信号的特点和系统的特性。系统的分析和描述借助于建立系统输入信号和输出信号之间关系,因此信号分析和系统分析是密切相关的。 系统的特性千变万化,其中最重要的区别是线性和非线性、时不变和时变。这些区别导致分析方法的重要差别。本课程的内容限于线性时不变系统。 我们最熟悉的信号和系统分析方法是时域分析,即分析信号随时间变化的波形。例如,对于一个电压测量系统,要判断测量的准确度,可以直接分析比较被测的电压波形)(in t v (测量系统输入信号)和测量得到的波形)(out t v (测量系统输出信号),观察它们之间的相似程度。为了充分地和规范地描述测量系统的特性,经常给系统输入一个阶跃电压信号,得到系统的阶跃响应,图1-1是典型的波形,通过阶跃响应的电压上升时间(电压从10%上升至90%的时间)和过冲(百分比)等特征量,表述测量系统的特性,上升时间和过冲越小,系统特性越好。其中电压上升时间反映了系统的响应速度,小的上升时间对应快的响应速度。如果被测电压快速变化,而测量系统的响应特性相对较慢,则必然产生较大的测量误差。 信号与系统分析的另一种方法是频域分析。信号频域分析的基本原理是把信号分解为不同频率三角信号的叠加,观察信号所包含的各频率分量的幅值和相位,得到信号的频谱特性。图1-2是从时域和频域观察一个周期矩形波信号的示意图,由此可以看到信号频域和时域的关系。系统的频域分析是观察系统对不同频率激励信号的响应,得到系统的频率响应特性。频域分析的重要优点包括:(1)对信号变化的快慢和系统的响应速度给出定量的描述。例如,当我们要用一个示波器观察一个信号时,需要了解信号的频谱特性和示波器的模拟带宽,当示波器的模拟带宽能够覆盖被测信号的频率范围时,可以保证测量的准确。(2)

信号与系统课程设计应用MATLAB实现连续信号的采样与重构仿真

设计题目应用MATLAB实现连续信号的采样与重构仿真 1、设计目的 信号与系统课程设计是学习《信号与系统》课程必要的教学环节。由于该课程是专业基础课,需要通过实践了巩固基础知识,为使学生取得最现代化的设计技能和研究方法,课程设计训练也就成为了一个重要教学环节。通过对信号与系统一书的重新认识,我们将学习如何利用MATLAB软件进行仿真与重构并加深对滤波器的理解,这样的课程设计出了对我们的学习起着只关重要的作用,还可以很好的培养我们自己的动手能力。本次课程设计,我们会引入一个模拟的信号,通过MATLAB软件的防真技术来实现对它的分析、理解与学习。 MATLAB软件是今年来比较长用的一种数学软件,它有很强大的功能,主要侧重于某些理论知识的灵活运用。本次课程设计的目的是:增加对仿真软件MATLAB的感性认识,熟悉MATLAB软件平台的使用和MATLAB编程方法及常用语句;、初步掌握MATLAB的编程方法和特点;加深理解采样与重构的概念,应用MATLAB编程实现对信号的采样与重构;分别计算在临界采样、过采样、欠采样三种不同条件下重构信号的误差,并由此总结采样频率对信号重构误差的影响;学生需要自拟题目,根据自己手中的资料独立思考与分析,明确实习内容,制定实习步骤与方案,独立完成作业。 2、原理说明 2.1.1MATLAB MATLAB是美国Math Works公司产品,MATLAB现已被广泛于数学、通信、信号处理、自动控制、神经网络、图形处理等许多不同学科的研究中。并越来越多的应用到我们的学习生活中来,是目前通信工程上最广泛应用的软件之一。最初的MATLAB 只是一个数学计算工具。但现在的MATLAB已经远不仅仅是一个“矩阵实验室”,它已经成为一个集概念设计、算法开发、建模仿真,实时实现于一体的集成环境,它拥有许多衍生子集工具。 沈阳大学

《信号与系统》课程教学大纲

《信号与系统》课程教学大纲 课程编码:A0303051 总学时:64 理论学时:64 实验学时:0 学分:4 适用专业:通信工程 先修课程:电路,高等数学,复变函数与积分变换,线性代数 一、课程的性质与任务 《信号与系统》是电类专业的一门重要的专业课程。它的任务是研究信号和线性非时变系统的基本理论和基本分析方法,要求掌握最基本的信号变换理论,并掌握线性非时变系统的分析方法,为学习后续课程,以及从事相关领域的工程技术和科学研究工作奠定坚实的理论基础。通过本课程的学习,学生将理解信号的函数表示与系统分析方法,掌握连续时间系统和离散时间系统的时域分析和频域分析,连续时间系统的S域分析和离散时间系统的Z域分析,以及状态方程与状态变量分析法等相关内容。通过实验,使学生掌握利用计算机进行信号与系统分析的基本方法,加深对信号与线性非时变系统的基本理论的理解,训练学生的实验技能和科学实验方法,提高分析和解决实际问题的能力。

二、课程学时分配 教学章节理论实践 第一章:信号与系统导论6 第二章:连续系统的时域分析8 第三章:信号与系统的频域分析18 第四章:连续系统的复频域分析10 第五章:系统函数的零、极点分析8 第六章:离散系统的时域分析6 第七章:离散系统的Z域分析8 总计64 三、课程的基本教学内容及要求 第一章信号与系统导论(6学时) 1.教学内容 (1)历史的回顾,应用领域,信号的概念 (2)系统的概念,常用的基本信号 (3)信号的简单处理,单位冲激函数 2.重点及难点 教学重点:信号的描述、阶跃信号与冲激信号;信号的运算;线性时不变系统判据;系统定义 教学难点:信号及其分类,信号分析与处理,系统分析 3.课程教学要求

信号与系统基础知识

第1章 信号与系统的基本概念 1.1 引言 系统是一个广泛使用的概念,指由多个元件组成的相互作用、相互依存的整体。我们学习过“电路分析原理”的课程,电路是典型的系统,由电阻、电容、电感和电源等元件组成。我们还熟悉汽车在路面运动的过程,汽车、路面、空气组成一个力学系统。更为复杂一些的系统如电力系统,它包括若干发电厂、变电站、输电网和电力用户等,大的电网可以跨越数千公里。 我们在观察、分析和描述一个系统时,总要借助于对系统中一些元件状态的观测和分析。例如,在分析一个电路时,会计算或测量电路中一些位置的电压和电流随时间的变化;在分析一个汽车的运动时,会计算或观测驱动力、阻力、位置、速度和加速度等状态变量随时间的变化。系统状态变量随时间变化的关系称为信号,包含了系统变化的信息。 很多实际系统的状态变量是非电的,我们经常使用各种各样的传感器,把非电的状态变量转换为电的变量,得到便于测量的电信号。 隐去不同信号所代表的具体物理意义,信号就可以抽象为函数,即变量随时间变化的关系。信号用函数表示,可以是数学表达式,或是波形,或是数据列表。在本课程中,信号和函数的表述经常不加区分。 信号和系统分析的最基本的任务是获得信号的特点和系统的特性。系统的分析和描述借助于建立系统输入信号和输出信号之间关系,因此信号分析和系统分析是密切相关的。 系统的特性千变万化,其中最重要的区别是线性和非线性、时不变和时变。这些区别导致分析方法的重要差别。本课程的内容限于线性时不变系统。 我们最熟悉的信号和系统分析方法是时域分析,即分析信号随时间变化的波形。例如,对于一个电压测量系统,要判断测量的准确度,可以直接分析比较被测的电压波形)(in t v (测量系统输入信号)和测量得到的波形)(out t v (测量系统输出信号),观察它们之间的相似程度。为了充分地和规范地描述测量系统的特性,经常给系统输入一个阶跃电压信号,得到系统的阶跃响应,图1-1是典型的波形,通过阶跃响应的电压上升时间(电压从10%上升至90%的时间)和过冲(百分比)等特征量,表述测量系统的特性,上升时间和过冲越小,系统特性越好。其中电压上升时间反映了系统的响应速度,小的上升时间对应快的响应速度。如果被测电压快速变化,而测量系统的响应特性相对较慢,则必然产生较大的测量误差。 信号与系统分析的另一种方法是频域分析。信号频域分析的基本原理是把信号分解为不

《信号与系统》课程教学大纲(英文)

“Signal and Systems” Course Outline Courses Name: Signals and Systems Categories of Courses: Basic Course Course Number: 071210T107 Course Ownership: School of Electronic Science & Information Technology Revised: August 2006 一、The Responsibility and Character of the Course 1、The Responsibility、Character and Goal of the Course This course is an important basal and professional class for the communication professional engineering. It focused on the characteristics of signal, the characteristics of the linear time-invariant system, the basic analysis for the signal through linear systems. From time domain to transform domain, from continuous-time to discrete-time, from the description of the input and output to state description. Through this course, students can master the methods of signal analysis and the basic theory of linear systems, cultivate the students’thinking , reasoning and analyzing abilities. This is the foundation to study digital signal processing, communications theory, signal and information processing, signal detection and etc. 2、Basic Requirements of the Course The course can enable students to master the signal and linear system's basic theory, basic analysis, This is the foundation to study the following courses and the research in the future actual work. 3、Suitable Professions、Teaching Hours and Credit Suitable professions: Communication Engineering, Network Engineering and etc. Teaching hours:54 hours(42 for the theory and 12 for the experiments).

MATLAB实验教程

目录实验一、MATLAB 基本应用 实验二、实验二信号的时域表示 实验三、连续信号卷积 实验四、典型周期信号的频谱表示 实验五、傅立叶变换性质研究 实验六、系统的零极点分析 实验七离散信号分析

实验一 MATLAB 基本应用 一、实验目的:学习MATLAB的基本用法,了解 MATLAB 的目录结构和基本功能以及MATLAB在信号与系统中的应用。 二、实验内容: 例一已知x的取值范围,画出y=sin(x)的图型。 参考程序:x=0:0.05:4*pi; y=sin(x); plot(y) 例二计算y=sin(π/5)+4cos(π/4) 例三已知z 取值范围,x=sin(z);y=cos(z);画三维图形。 z=0:pi/50:10*pi; x=sin(z); y=cos(z); plot3(x,y,z)

xlabel('x') ylabel('y') zlabel('z') 例四已知x的取值范围,用subplot函数绘图。 参考程序:x=0:0.05:7; y1=sin(x); y2=1.5*cos(x); y3=sin(2*x); y4=5*cos(2*x); subplot(2,2,1),plot(x,y1),title('sin(x)') subplot(2,2,2),plot(x,y2),title('1.5*cos(x)') subplot(2,2,3),plot(x,y3),title('sin(2*x)') subplot(2,2,4),plot(x,y4),title('5*cos(2*x)')

单位阶跃信号 u(t+3)-2u(t) 其中 u(t)=1/2+(1/2)sign(t) Sigh(t)是符号函数t>0时为1,t<0时为-1; clear all %利用maple中的heaviside函数来实现u(t+3)-2u(t) syms t f=maple('Heaviside(t+3)-2*Heaviside(t)'); t1=-3*pi:0.01:3*pi;%注意精度问题 ff=subs(f,t,t1); figure(1); plot(t1,ff); axis([-5,5,-1.2,1.2]); title('u(t+3)-2u(t)'); %利用自己编写的heaviside函数来实现u(t+3)-2u(t) t=-5:0.01:5; f=Heaviside(t+3)-2*Heaviside(t); figure(2); plot(t,f); axis([-5,5,-1.2,1.2]); title('u(t+3)-2u(t)') %利用符号函数来实现u(t) t=-5:0.05:5; f=sign(t); ff=1/2+1/2*f; figure(3); plot(t,ff); axis([-5 5 -0.1 1.1]); title('u(t)') %利用符号函数来实现u(t+3)-2u(t) t=-5:0.01:5; f=(1/2+1/2*sign(t+3))-2*(1/2+1/2*sign(t)); figure(4) plot(t,f),axis([-5,5,-1.2,1.2]),title('u(t+3)-2u(t)')

城市轨道交通信号与通信系统基础知识

城市轨道交通信号与通信系统基础知识 填空题 城市轨道交通信号系统通常包括两大部分,分别为联锁装置和列车自动运行控制系统。 列车自动运行控制系统ATC包括ATO(列车自动驾驶)、ATP(列车自动超速防护)、ATS(列车自动监控系统)。 信号机是由机柱、机构、托架、梯子、基础组成。(此一般指高柱信号机,若矮型信号机则无梯子。) 机构是由透镜组(聚焦的作用)、灯座(安放灯泡)、灯泡(光源)、机箱(安装诸零件)、遮檐(避免其它光线射入)、背板(增大色灯信号与周围背景的亮度)等组成。 透镜式信号机是指用信号的颜色和数目来组成的设备,并且采用光学材料的透镜组。 通过色灯的显示,提供列车运营的条件,拥有一系列显示的设备称为信号机。 信号机按高矮可分为高柱信号机与矮型信号机。 信号机按作用的不同可分为:防护信号机、阻挡信号机、出段信号机、入段信号机、调车信号机。 道岔区段设置的信号机称为防护信号机。 10、控制列车的进入与速度的设备称为信号。传送各种信息(图像、信息等)称为通信。 11、继电器是由电磁系统和接点系统组成。电磁系统是由线圈和铁芯组成,即输入系统。接点系统是由前接点和后接点组成,即输出系统。 12、转辙机的功能有:转换道岔、锁闭道岔、给出表示。 13、转辙机按用电性质,可分为直流电动转辙机和三相交流电动转辙机。 14、转辙机按道岔锁闭位置,可分为内锁闭和外锁闭。 15、转辙机按动力,可分为电动和液压。 16、50Hz微电子相敏轨道电路应用于车辆段内,其作用是接受来自轨道上列车占用的情况。 17、音频数字编码无绝缘轨道电路应用于正线上和试车线上,其作用是接受和发送各种信息。

信号与系统实验报告

信号与系统实验教程(实验报告) 班级: 姓名: 学号: XXXX大学信息科学与技术学院二〇一六年五月十五日

实验一:连续时间信号的频域分析 实验目的: 1、掌握连续时间周期信号的傅里叶级数的物理意义和分析方法; 2、观察截短傅里叶级数产生的Gibbs现象,了解其特点及产生的原因; 3、掌握连续时间傅里叶变换的分析方法及其物理意义; 4、掌握各种典型的连续时间非周期信号的频谱特征以及傅里叶变换的主要性质; 5、学习掌握利用MATLAB语言编写计算CTFS、CTFT的程序,并能利用这些程序对一些典型信号进行频谱分析,验证CTFT的若干重要性质。 实验要求: 掌握并深刻理傅里叶变换的物理意义,掌握信号的傅里叶变换的计算方法,掌握利用MATLAB编程完成相关的傅里叶变换的计算。 实验原理: 1.傅里叶级数:任何周期函数都可以用正弦函数和余弦函数构成的无穷级数来表示。 2.吉布斯现象:将具有不连续点的周期函数(如矩形脉冲)进行傅立叶级数展开后,选取有限项进行合成。当选取的项数越多,在所合成的波形中出现的峰起越靠近原信号的不连续点。当选取的项数很大时,该峰起值趋于一个常数,大约等于总跳变值的9%。 实验内容: 1.参照例2-1程序,上机验证周期方波信号的傅里叶级数ck,并画出幅度谱|ck|。 1.1 程序代码 (1)准备:定义单位阶跃函数和delta函数 % filename u.m function y = u(t) y = (t>=0); % filename delta.m function y = delta(t) dt = 0.001; y = (u(t)-u(t-dt))/dt; 将u.m和delta.m分别保存到work文件夹中,或者保存在自己建立的文件夹中并将此文件夹设为工作路径(file->set path...) (2)验证方波信号的傅里叶级数ck并画频谱图: clear, close all T = 2; dt = 0.00001; t = -2:dt:2; x1 = u(t) - u(t-1-dt); x = 0;

通信原理课程设计

电子信息工程系课程设计报告书 班级: 课程名称: 姓名: 学号: 指导教师: 年月日

一、实验目的 通过课程设计,巩固对课堂上基本理论知识的理解,加强理论联系实际,增强动手能力和通信系统仿真的技能。 二、实验任务 1.学习使用计算机建立通信系统仿真模型的基本方法及基本技能,学会利用仿真的手段对于实用通信系统的基本理论、基本算法进行实际验证; 2.学习现有流行通信系统仿真软件MATLAB7.0的基本使用方法,学会使用这些软件解决实际系统出现的问题; 3.通过系统仿真加深对通信课程理论的理解。 4 . 用MATLAB7.0 设计一种2FSK数字调制解调系统。 三、2FSK数字系统的调制原理图 用MATLAB7.0进行仿真设计,本次是设计一个2FSK数字调制解调系统。其中包括: 1.设计方案分析及系统原理图 2.2FSK已调信号的解调方法及原理图 2FSK调制就是使用两个不同的频率的载波信号来传输一个二进制信息序列。可以用二进制“1”来对应于载频f1,而“0”用来对应于另一相载频w2的已调波形,而这个可以用受矩形脉冲序列控制的开关电路对两个不同的独立的频率源w1、f2进行选择通。如下原理图: 载波f1 2FSK输出信号 载波f2 二进制数据

四、FSK 的解调方式 2FSK 的解调方式有两种:相干解调方式和非相干解调方式.下面我们将详细的介绍: 1 非相干解调 经过调制后的2FSK 数字信号通过两个频率不同的带通滤波器f1、f2滤出不需要的信号,然后再将这两种经过滤波的信号分别通过包络检波器检波,最后将两种信号同时输入到抽样判决器同时外加抽样脉冲,最后解调出来的信号就是调制前的输入信号。其原理图如下图所示: 2 相干解调 根据已调信号由两个载波f1、f2调制而成,则先用两个分别对f1、f2带通的滤波器对已调信号进行滤波,然后再分别将滤波后的信号与相应的载波f1、f2相乘进行相干解调,再分别低通滤波、用抽样信号进行抽样判决器即可。带通滤波器 抽样脉冲 包络检波器 带通滤波器 包络检波器 抽样判决器 输入 输出 F1 F2

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第1章信号与系统的基本概念 1.1引言 系统是一个广泛使用的概念,指由多个元件组成的相互作用、相互依存的整体。我们学习过“电路分析原理”的课程,电路是典型的系统,由电阻、电容、电感和电源等元件组成。我们还熟悉汽车在路面运动的过程,汽车、路面、空气组成一个力学系统。更为复杂一些的系统如电力系统,它包括若干发电厂、变电站、输电网和电力用户等,大的电网可以跨越数干公里。 我们在观察、分析和描述一个系统时,总要借助于对系统中一些元件状态的观测和分析。例如,在分析一个电路时,会计算或测量电路中一些位置的电压和电流随时间的变化;在分析一个汽车的运动时,会计算或观测驱动力、阻力、位置、速度和加速度等状态变量随时间的变化。系统状态变量随时间变化的关系称为信号,包含了系统变化的信息。 很多实际系统的状态变量是非电的,我们经常使用各种各样的传感器,把非电的状态变量转换为电的变量,得到便于测量的电信号。 隐去不同信号所代表的具体物理意义,信号就可以抽象为函数,即变量随时间变化的关系。信号用函数表示,可以是数学表达式,或是波形,或是数据列表。在本课程中,信号和函数的表述经常不加区分。 信号和系统分析的最基本的任务是获得信号的特点和系统的特性。系统的分析和描述借助于建立系统输入信号和输出信号之间关系,因此信号分析和系统分析是密切相关的。 系统的特性千变万化,其中最重要的区别是线性和非线性、时不变和时变。这些区别导致分析方法的重要差别。木课程的内容限于线性时不变系统。 我们最熟悉的信号和系统分析方法是时域分析,即分析信号随时间变化的波形。例如,对于一个电压测量系统,要判断测量的准确度,可以直接分析比较被测的电压波形0(。(测量系统输入信号)和测量得到的波形v out (r)(测量系统输出信号),观察它们之间的相似程度。为了充分地和规范地描述测量系统的特性, 经常给系统输入一个阶跃电压信号,得到系统的阶跃响应,图1T是典型的波形,通过阶跃响应的电压上升时间(电压从10%上升至90%的时间)和过冲(百分比)等特征量,表述测量系统的特性,上升时间和过冲越小,系统特性越好。其中电压上升时间反映了系统的响应速度,小的上升时间对应快的响应速度。如果被测电压快速变化,而测量系统的响应特性相对较慢,则必然产生较大的测量误差。 信号与系统分析的另一种方法是频域分析。信号频域分析的基本原理是把信号分解为不同频率三角信号的叠加,观察信号所包含的各频率分量的幅值和相位,得到信号的频谱特性。图1-2是从时域和频域观察一个周期矩形波信号的不意图,由此可以看到信号频域和时域的关系。系统的频域分析是观察系统对不同频率激励信号的响应,得到系统的频率响应特性。频域分析的重要优点包括:(1)对信号变化的快慢和系统的响应速度给出定量的描述。例如,当我们要用一个示波器观察一个信号时,需要了解信号的频谱特性和示波器的模拟带宽,当示波器的模拟带宽能够覆盖被测信号的频率范围时,可以保证测量的准确。(2)为线性系统分析提供了一种简化的方法,在时域分析中

信号与系统实验教程(只有答案)

信号与系统 实验教程(只有答案) ) (实验报告 目录 实验一信号与系统的时域分析 (2) 三、实验内容及步骤 (2) 实验二连续时间信号的频域分析 (14) 三、实验内容及步骤 (14) 实验三连续时间LTI系统的频域分析 (35) 三、实验内容及步骤 (35) 实验四通信系统仿真 (42) 三、实验内容及步骤 (42) 实验五连续时间LTI系统的复频域分析 (51) 三、实验内容及步骤 (51)

实验一信号与系统的时域分析 三、实验内容及步骤 实验前,必须首先阅读本实验原理,读懂所给出的全部范例程序。实验开始时,先在计算机上运行这些范例程序,观察所得到的信号的波形图。并结合范例程序应该完成的工作,进一步分析程序中各个语句的作用,从而真正理解这些程序。 实验前,一定要针对下面的实验项目做好相应的实验准备工作,包括事先编写好相应的实验程序等事项。 Q1-1:修改程序Program1_1,将dt改为0.2,再执行该程序,保存图形,看看所得图形的效果如何? dt = 0.01时的信号波形 dt = 0.2时的信号波形 这两幅图形有什么区别,哪一幅图形看起来与实际信号波形更像? 答: Q1-2:修改程序Program1_1,并以Q1_2为文件名存盘,产生实指数信号x(t)=e-0.5t。要求在图形中加上网格线,并使用函数axis()控制图形的时间范围在0~2秒之间。然后执行该程序,保存所的图形。 修改Program1_1后得到的程序Q1_2如下:信号x(t)=e-0.5t的波形图clear, % Clear all variables close all, % Close all figure windows dt = 0.2; % Specify the step of time variable t = -2:dt:2; % Specify the interval of time x = exp(-0.5*t); % Generate the signal plot(t,x) grid on;

光纤通信简明教程部分参考答案

第一章习题 1-1 什么是光纤通信? 目前使用的通信光纤大多数采用基础材料为SiO 2的光纤,它是工作在电磁波的哪个区?波长范围是多少?对应的频率范围是多少? 光纤通信是利用光导纤维传输光波信号的通信方式。 目前使用的通信光纤大多数采用基础材料为SiO 2的光纤。它是工作在近红外区,波长为0.8~1.8μm ,对应的频率为167~375THz 。 1-2 试画出光纤通信系统组成的方框图。 一个光纤通信系统通常由电发射机、光发射机、光接收机、电接收机和由光纤构成的光缆等组成。 1-3 通信系统的容量用BL 积表示,B 和L 分别是什么含义? 系统的通信容量用比特率—距离积表示,B 为比特率,L 为中继间距。 1-4 光纤通信的主要优点是什么? 光纤通信之所以受到人们的极大重视,是因为和其他通信手段相比,具有无以伦比的优越性。 (1) 通信容量大 (2) 中继距离远 (3) 抗电磁干扰能力强,无串话 (4) 光纤细,光缆轻 (5) 资源丰富,节约有色金属和能源。 光纤还具有均衡容易、抗腐蚀、不怕潮湿的优点。因而经济效益非常显著。 1-5 请查阅最新资料论述光纤通信的发展趋势。 略 第二章习题 2-1 一个频率为Hz 的光14 106?源,其发射功率为10W ,它一秒内发射多少个光子? 解: 191434141052.210 610626.610106,10?=???==?==-ννh P N Hz W P 2-2 如下两种光纤,临界角满足什么条件可以保持光在纤芯中传播 ?

(1) 对于石英光纤,纤芯的折射率48.11=n ,包层的折射率46.12=n 。 (2) 对于塑料光纤,纤芯的折射率495.11=n ,包层的折射率402.12=n 。 解:由 1 2sin n n c =? 得 121 sin n n c -=? (1)?==-57.8048 .146.1sin 1c ? (2)?==-94.73495 .1402.1sin 1c ? 2-3 一单色光垂直照在厚度均匀的薄油膜上。油的折射率为 1.3,玻璃的折射率为 1.5 ,若单色光的波长可由光源连续调节,并观察到500nm 与700nm 这两个波长的单色光在反射中消失,求油膜的厚度。 解:由于空气的折射率小于油的折射率,油的折射率小于玻璃的折射率,薄油膜的上、下两表面反射而形成相干光,由于两束光的路程不同而引起的光程差为2 n 2e ;由于薄油膜的上、下两表面反射光都发生位相突变而不引起额外的光程差。 所以总的光程差为 e n 22=δ 当反射光因干涉而减弱,则有 λδ)2/1(22-==k e n 由上式得2211)2/1()2/1(λλ-=-k k k 1 ,k 2=1,2,3… … 所以k 1 =4,k 2=3 把n 2=1.3代入得到油膜的厚度为干涉加强的光波波长为: e=673.08nm 2-4 一波长为λ=600nm 的单色平行光垂直照射一个光栅上,光栅常数为d=6μm ,问第二级明纹所对应的衍射角φ为多少? 解:光衍射角φ满足光栅方程时: λφk b a ±=+sin )( k=0,1,2… … 式中d=a+b ,k=2 得 ?=+=-54.112sin 1b a λφ 2-5 一束线偏振光入射到偏振片上,光矢量方向与偏振化方向分别成30°角和60°角,问透过偏振片的光强之比是多少? 解:利用马吕斯定律:α20cos I I =

信号与系统实验题目及答案

第一个信号实验的题目 1实现下列常用信号 (1)(5)u t +;(2)(1)t δ-;(3)cos(3)sin(2)t t +;(4)()[(1)(2)]f t t u t t u t t =?---; (5)0.5()4cos(),010t f t e t t π-=?= 2连续信号的基本运算与波形变换 已知信号2 2,21 ()33 t t f t ?-+-≤≤?=???,试画出下列各函数对时间t 的波形: (1)()f t -(2)(2)f t -+(3)(2)f t (4)1 (1)2 d f t dt +(5)(2)t f d ττ-∞-? 3连续信号的卷积运算 实现12()()f t f t *,其中1()f t 、2()f t 从第2个题目中任选3对组合。 4连续系统的时域分析 (1) 描述某连续系统的微分方程为()2()()()2()y t y t y t f t f t ''''++=+,求当输入信号为 2()2()t f t e u t -=时,该系统的零状态响应()y t 。 (2) 已知描述某连续系统的微分方程为2()()3()()y t y t y t f t '''+-=,试用MATLAB 绘出 该系统的冲激响应和阶跃响应的波形。 实验一答案: (1)(5)u t +在MATLAB 软件的输入程序及显示波形如下:

(2)(1)t δ-在MATLAB 软件的输入程序及显示波形如下: (3)cos(3)sin(2)t t +在MATLAB 软件的输入程序及显示波形如下: (4)()[(1)(2)]f t t u t t u t t =?---在MATLAB 软件的输入程序及显示波形如下: (5)0.5()4cos(),010t f t e t t π-=?=在MATLAB 软件的输入程序及显示波形如下:

计算机原理简明教程习题答案

计算机原理简明教程》习题参考答案 第一章习题答案 1.1 答:是1946 年在美国宾夕法尼亚大学诞生,称为ENIAC. 特点是由1800个电子管和1500个继电器组成,重30吨;功耗150KV y只有20个寄存 器,运算速度5000 次/ 秒。 1.2 答:先将编好的程序输入存储器,然后按顺序逐条取出指令并执行。执行时指令在控制器中经分析、解释后产生各种控制信号,控制计算机完成指令的操作容。 包括存储器、运算器、控制器、输入设备、输出设备五大部件。 1.3 答:共经历了四代。 第一代:硬件,电子管;软件,汇编语言。第二代:硬件,晶体管;软件,高级语言。操作系统出现。第三代:硬件,集成电路;软件水平提高,操作系统普遍使用。第四代:硬 件,超大规模集成电路;软件具有智能化特性。 1.4 答:硬件就是计算机系统的物理实体。软件是指为计算机运行工作服务的全部技术资料、数据和各种程序。 1.5 答:分为应用层、系统层和硬件层三个层次。 1.6 答:应用层包括系统分析、应用软件和语言工具。系统层包括操作系统和语言处理程序。语言处理程序即编译器或解释器。硬件层主要包括硬件设计和硬件电路。 1.7 答:应用层所有任务程序都要由系统层中的语言处理程序将其转换成机器语言。 1.8 操作系统的作用是什么?说出当前有名的几个操作系统。操作系统是一个最主要的系统软件, 他控制其他程序的运行,管理系统资源并且为用 户提供操作界面,简单的操作系统有DOS复杂的操作系统有UNIX,WINDOW和LinuX。 1.9 超级计算机已经经历了几代?第三代与第五代相同处与不同处是什么?经历了五代:第一代单 处理器系统、第二代向量处理系统、大规模并行处理系统、第 四代共享存处理系统、第五代集群系统。 第三代与第五代在体系结构上是同构的,属于分布存处理方式,不同在于其是否采用价廉物美的日用品组件。

信号与系统基本概念

信号与系统基本概念 一.常用信号 ε(t) δ(t) cos(ωt+Ф) e st ε(k) δ(k) cos(ωk+Ф) a k e sk 二.信号常用运算 x(t)=x1(t)+x2(t) x(k)=x1(k)+x2(k) x(t)=x1(t)-x2(t) x(k)=x1(k)-x2(k) x(t)=x1(-t) x(k)=x1(-k) x(t)=x1(t-t0) x(k)=x1(k-k0) x(t)=x1(at) x(k)=x1(ak) x(t)=x1(at-t0) x(k)=x1(ak-k0) x(t)=dx1(t)/dt x(k)=x1(k)-x1(k-1) ex1: y(t)=(t+2)*(ε(t+2)-ε(t)) +2ε(t)-2ε(t-2) y(1-2t)=?

三.周期信号与非周期信号 f(t+T)=f(t) f(n+N)=f(n) ex2: f(k)=cos(2k) g(k)=cos(π/3k)+cos(π/4k) 周期信号? f(k): N=2π/2=π g(k): N=m1*N1=m2*N2 N1=2π/(π/3)=6 N2=8; N=m1*6=8*m2 N=m1*3=4*m2 m1=4 m2=3 N=4*6=24; 四.奇偶函数 x(-t)=x(t) x(-t)=-x(t)

五.系统分类 LTI----线性时不变系统 1.线性与非线性系统 线性: 零状态下: a1*x1(t)+a2*x2(t) a1*y1(t)+a2*y2(t) a1*x1(k)+a2*x2(k) a1*y1(k)+a2*y2(k) 2.时不变与时变系统 时不变 x(t-t0) y(t-t0) x(k-k0) y(k-k0) ex3: y(t)=x(t)*cos (ωC t) 线性? 时不变? If x(t)= a1*x1(t)+a2*x2(t) Then y(t)=(a1*x1(t)+a2*x2(t)) *cos (ωC t) = a1*x1(t) *cos (ωC t)+ a2*x2(t)* cos (ωC t) =a1*y1(t)+a2*y2(t) 线性

信号安全栅简介及基础知识

信号安全栅简介及基础 知识 Company number:【WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998】

第一部分 安全栅的基本知识 本安型安全栅介绍 本安型安全栅应用在本安防爆系统的设计中,它是安装于安全场所并含有本安电路和非本安电路的装置,电路中通过限流和限压电路限制了送往现场本安回路的能量,从而防止非本安电路的危险能量串入本安电路,它在本安防爆系统中称为关联设备[见术语解释],是本安系统的重要组成部分。 由于安全栅被设计为介于现场设备与控制室设备之间的一个限制能量的接口,因此无论控制室设备处于正常或故障状态,安全栅都能确保通过它传送给现场设备的能量是本质安全的。 中国国家仪器仪表防爆安全监督站是中华人民共和国地区监督生产安全防爆产品的权威机构,对本安型安全栅产品有着严格、科学、详细的规定,只有通过该监督站认证的企业及其所开发生产的产品才具备符合标准的安全性能,否则可能会给使用方的设备、人员和生产造成无可估量的损害。 术语解释:关联设备 一种安装在安全场所,本安电气设备与非本安电气设备之间的相连的电气设备。 安装位置安全栅安装于安全场所,接收来自危险区的信号,输出安全信号到安全区或危险区. 安全栅的结构形式常见的安全栅结构形式分为齐纳式和隔离式. 齐纳式安全栅结构原理: 电路中采用快速熔断器、限流电阻或限压二极管以对输入的电能量进行限制,从而保证输出到危险区的能量。它的原理简单、电路实现容易,价格低廉,但因由于其自身原理的缺陷使其应用中的可靠性受到很大影响,并限制了其应用范围,其原因如下: 1、安装位置必须有非常可靠的接地系统,并且该齐纳式安全栅的接地电阻必须小于1Ω,否

信号与系统的理解与认识

1.《信号与系统》这门课程主要讲述什么内容? 《信号与系统》是一门重要的专业基础课程。它的任务是研究信号和线性非时变系统的基本理论和基本分析方法,要求掌握最基本的信号变换理论,并掌握线性非时变系统的分析方法,为学习后续课程,以及从事相关领域的工程技术和科学研究工作奠定坚实的理论基础。 2. 这门在我们的知识架构中占有什么地位? 是一门承上启下的重要的专业基础课程。其基本概念和方法对所有的 工科专业都很重要。信号与系统的分析方法的应用范围一直不断的在扩大。信号与系统不仅仅是工科教育中一门最基本的课程,而且能够成为工科类学生最有益处而又引人入胜又最有用处的一门课程。 《信号与系统》是将我们从电路分析的知识领域引入信号处理与传输领域的关键性课程。 3.学习这门课程有什么用处?

学习这门课程有什么用处呢?百度告诉我:通过本课程的学习,学生将理解信号的 函数表示与系统分析方法,掌握连续时间系和离散时间系统的时域分析和频域分析, 连续时间系统的S域分析和散时间系统的Z分析,以及状态方程与状态变量分析法等 相关内容。通过上机实验,使学生掌握利用计算机进行信号与系统分析的基本方法加 深对信号与线性非时变系统的基本理论的理解,训练学生的实验技能和科学实验方法,提高分析和解决实际问题的能力。 在百度上和道客巴巴还有知乎上都是很多这样看起来很高大上的解释,但是作为学 生的我还是不能很清楚的了解到学习这门课程有什么用处,后面我发现了这样一个个 例子,觉得对信号与系统的用处有了一定的了解。 如图这样一个轮子是怎么设计的呢? (打印有可能打印不出来,就是很神奇的一个轮子,交通工具) 没学过信号与系统的小明想到了反馈与系统,在轮子上放一个传感器,轮子正不正 系统就知道了,所以设计这个轮子其实就是设计一个系统。 好,现在我们有了一个传感器,要是机器朝左边偏一度,他就会输出一个信号。这个信号接下来就会传给处理器进行处理。处理器再控制电机,让他驱动轮子产生向左 的加速度,加速度就相当于给予系统向右的力,来修正向左的偏移。 小明就按照这一思想设计了一个小车车。踏上踏板,一上电,尼玛,他和他的车车就变成了一个节拍器。左边摔一下,右边摔一下。幸亏小明戴了头盔。小明觉得被骗了。找了一本反馈理论来看,原来有些反馈系统是不稳定的。 想要这个系统稳定地立着,我该怎么办?小明眼神呆滞,望着天空。 天边传来一个声音:你要分析环路稳定性呀。 怎么分析呢? 你要从信号传输入手,分析信号的传输函数。

Linux操作系统实验实验报告

实验1:安装Linux系统 【实验目的和要求】:安装Linux系统,掌握操作系统的系统配置,建立应用环境的过程。 【实验内容】: 1、首先在windows系统中安装虚拟机。在网上找到VMware Worksttion Pro 版本,确定安装目录。一直下一步,不需要太多的说明。 2、 图为安装完成后的界面。 3、然后在阿里巴巴开源镜像网站下载centos系统镜像,然后虚拟机创建新 的虚拟机,

进行一些简单的虚拟机设置,设置了网络链接nat模式等等。 安装完成后的界面

实验2:Linux下c语言开发 【实验目的】:学会和掌握用c语言开发一个应用程序的全过程,包括,编译,调试等等。 【实验步骤】:首先在系统中查看是否已经安装有gcc,输入查看命令发现没有,于是需要安装gcc。在centos系统中可以使用比较简便的yum命令。在之前已经配置好了yum源。直接输入yum install gcc。回车自动安装程序和需要的依赖包。 因为虚拟机中和电脑很多地方切换使用不方便,所以安装了xshell软件。图为xshell中的截图。

安装完毕。然后使用vi或者vim编写hello.c 运行,在屏幕上打印出hello,world。

实验3:进程创建 【实验目的和要求】 1. 了解进程的概念及意义;2. 了解子进程和父进程 3. 掌握创建进程的方法。 【实验内容】 1. 子进程和父进程的创建; 2.编写附件中的程序实例 【实验步骤】一1、打开终端,输入命令gedit 1_fork.c,在1_fork.c 文件中输入1_fork.bmp 中的代码; 2、输入命令gcc 1_fork.c -o 1_fork,回车后显示无错误; 3、输入命令:./1_fork 运行程序。 二、1、打开终端,输入命令gedit 2_vfork.c,在2_vfork.c 文件中输入2_vfork.bmp 中的代码; 2、输入命令gcc 2_vfork.c -o 2_vfork,回车后显示无错误: 3、输入命令:./2_vfork 运行程序。 从上面可以看到两次的运行结果不一样。我们知道write 函数是不带缓存的。因为在fork 之前调用write,所以其数据写到标准输出一次。但是,标准I/O 库是带缓存的。如果标准输出连到终端设备,则它是行缓存的,否则它是全缓存的。当以交互方式运行该程序时,只得到printf 输出的行一次,其原因是标准输出缓存由新行符刷新。但是当将标准输出重新定向到一个文件时,却得到printf 输出行两次。其原因是,在fork 之前调用了printf 一次,当调用fork 时,该行数据仍在缓存中,然后在父进程数据空间复制到子进程中时,该缓存数据 也被复制到子进程中。于是那时父、子进程各自有了带该行内容的缓存。在exit 之前的第二个printf 将其数据添加到现存的缓存中。当每个进程终止时,缓存中的内容被写到相应文件中。

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