張惠萍 石少雄 蔣麗 劉元福

1.長江師范學(xué)院電子信息工程學(xué)院； 2.重慶工業(yè)設(shè)備安裝集團(tuán)

引言：在數(shù)字信息時(shí)代高速發(fā)展的階段，《信號與系統(tǒng)》已經(jīng)成為電子信息專業(yè)課程學(xué)習(xí)的核心和電子信息技術(shù)的理論基礎(chǔ)。從信號的描述和分類、系統(tǒng)的描述和分析、線性時(shí)不變系統(tǒng)的特征、信號和系統(tǒng)分析的基本內(nèi)容和方法等方面介紹了本課程的基本內(nèi)容和知識。通過加強(qiáng)學(xué)習(xí)和梳理，主要為學(xué)習(xí)和從事信號分析與處理的初學(xué)者提供幫助。

一、信號的描述與分類

在我們的世界里，有很多信息對我們非常重要。我們通常不能直接理解和理解某些信息、某些信息的變化或特征，但更多需要通過載波分析和借助于其他載波(即信號)的處理來實(shí)現(xiàn)。換句話說，信號指的是消息的傳輸載體，而消息是特定的內(nèi)容。

（一）信號描述。信號可以廣義地定義為一些參數(shù)變化的某種物理量[1]。這是因?yàn)槿藗兘?jīng)常用電、光、聲音和力等物理量的變化作為傳播或接收信息的載體。在世界上許多信號是復(fù)雜多變的，例如電信號表示為隨時(shí)間變化的電流或電壓。人們希望把所感知或所表述事物運(yùn)動狀態(tài)及其變化方式，用一種直觀、簡捷、可度量的方式描述以便于分析與處理。數(shù)值化是最有效的手段，便于用數(shù)學(xué)分析工具來研究信號。為此，通常把信號屬性抽象成數(shù)學(xué)函數(shù)(表達(dá)式、圖形和數(shù)據(jù)等)或特征量[2－4]。

（二）信號分類

在信號和系統(tǒng)中，當(dāng)根據(jù)確定性進(jìn)行劃分時(shí)，確定的信號在其域中的每個點(diǎn)都具有確定的值，隨機(jī)信號在其定義域中的任何時(shí)候都沒有確定的值。根據(jù)連續(xù)性，連續(xù)信號的定義域是連續(xù)區(qū)間，離散信號的定義域是離散點(diǎn)。根據(jù)周期性，周期信號在實(shí)數(shù)集中具有重復(fù)性，而非周期性信號不會重復(fù)。根據(jù)可積性，能量信號的歸一化功率為零，而功率信號歸一化功率是非零有限值。不同類型的信號有不同的特征，據(jù)此人們可以清楚地識別信號。

二、系統(tǒng)的描述及分類

系統(tǒng)是一個具有特定功能的有機(jī)整體，由相互作用和相互依賴的單元組成。我們生活中有各種各樣的系統(tǒng)，如電路系統(tǒng)、信號處理系統(tǒng)、硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)等。在不同的系統(tǒng)中，它將實(shí)現(xiàn)不同的功能。

（一）系統(tǒng)描述。系統(tǒng)描述首先建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型—描述該系統(tǒng)的基本特性。通常有輸入輸出描述法以及狀態(tài)空間法。系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型可借助單元方框圖反映出來。它表示某種運(yùn)算，突出輸入輸出的關(guān)系。例如加法器的計(jì)算，f1(t)和f2(t)表示輸入，y(t)表示輸出，則y(t)= f1(t)+ f2(t)。

（二）系統(tǒng)分類。根據(jù)系統(tǒng)的特點(diǎn)，可分為連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)和離散時(shí)間系統(tǒng)、線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)、時(shí)變系統(tǒng)和時(shí)不變系統(tǒng)、因果系統(tǒng)和非因果系統(tǒng)、穩(wěn)定系統(tǒng)和非穩(wěn)定系統(tǒng)、記憶系統(tǒng)和非記憶系統(tǒng)、集中參數(shù)系統(tǒng)和非集中參數(shù)系統(tǒng)等。現(xiàn)實(shí)生活中，世界到處都有豐富多樣的系統(tǒng)，其中線性時(shí)不變系統(tǒng)由于其發(fā)展領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，對我們的研究具有更強(qiáng)的分析意義。

三、信號與系統(tǒng)分析的基本內(nèi)容與方法

信號與系統(tǒng)是高等院校里電子信息與技術(shù)的專業(yè)基礎(chǔ)課，教學(xué)大綱是分析系統(tǒng)對信號的響應(yīng)。課程內(nèi)容為：學(xué)習(xí)信號變換的理論，同時(shí)會基礎(chǔ)的線性非時(shí)變系統(tǒng)分析。全書可以概括為一個任務(wù)，兩種系統(tǒng),兩類方法,三大變換。信號和系統(tǒng)之間的關(guān)系密切相關(guān)，信號的形成、傳輸或接收與系統(tǒng)密不可分。該系統(tǒng)主要分析、轉(zhuǎn)換或處理信號。信號和系統(tǒng)分析相結(jié)合。這兩者不能分開，否則不會有任何效果。該方案將信號分析和系統(tǒng)分析相結(jié)合，通過分解、轉(zhuǎn)換和統(tǒng)計(jì)，主要包括信號表示和系統(tǒng)描述。系統(tǒng)分析的目的是了解給定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、特征或更廣泛的性能[5]。

信號和系統(tǒng)的分析方法主要包含四個方面。首先是信號分析的理論和方法，它將信號源分解成多個分量或多個分量。其次，根據(jù)預(yù)期需求對信號進(jìn)行處理、分析和處理。第三是系統(tǒng)分析，在給定系統(tǒng)下，分析輸入信號的響應(yīng)，并獲得輸入信號對給定系統(tǒng)的反饋特性。通常，系統(tǒng)分析包括三個步驟:系統(tǒng)建模、系統(tǒng)解決方案和結(jié)果解釋。最后就是系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)，系統(tǒng)集成也可以理解為系統(tǒng)設(shè)計(jì)或?qū)崿F(xiàn)，它根據(jù)前三個步驟獲得給定系統(tǒng)的輸出并設(shè)計(jì)系統(tǒng)。

四、結(jié)束語

本文簡述了信號和系統(tǒng)的描述以及它們各自的分類，并介紹了信號與系統(tǒng)分析的基本內(nèi)容與方法。其中信號與系統(tǒng)分析方法主要是信號分析、信號處理、系統(tǒng)分析和系統(tǒng)綜合構(gòu)成。信號與系統(tǒng)是高等院校電子信息與技術(shù)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，它的教學(xué)內(nèi)容任務(wù)主要是分析系統(tǒng)對信號的響應(yīng)。這門專業(yè)課程難度也相對較大，還需要理論聯(lián)系實(shí)際，做大量仿真實(shí)驗(yàn)，才能更好的理解認(rèn)識并運(yùn)用到現(xiàn)實(shí)生活中。