信号与系统分析试题

信号与系统分析试题（精选14篇）

1.信号与系统分析试题 篇一

1．设计低通数字滤波器，要求通带内频率低于0.2rad时，容许幅度误差在1dB之内；频率在0.3到之间的阻带衰减大于10dB；试采用巴特沃斯模拟滤波器进行设计，用脉冲响应不变法进行转换，采样间隔T＝1ms。

2．用矩形窗设计线性相位低通滤波，逼近滤波器的传递函数Hd(e

je,0cjHd(e)

0,cj)为

（1）求出相应于理想低通的单位冲激响应hd(n)；

(2)求出矩形窗设计法的h(n)表达式，确定与N之间的关系；

（3）N取奇数或偶数时对滤波特性有什么影响？

3．利用频率采样法设计一线性相位FIR低通滤波器，给定N＝21，通带截止频率c0.15rad。求出hn，为了改善其频率响应应采取什么措施？

2.信号与系统分析试题 篇二

虚拟仪器是由美国国家仪器公司( National Instruments, NI)最早提出的概念, 由于其具有开发周期短、可扩展、性价比高等优点, 使得虚拟仪器逐渐取代了传统仪器[1]。本文充分利用虚拟仪器技术、数据采集和信号分析处理技术,搭建了振动测试分析系统。

1 振动测试分析系统硬件构成

振动测试分析系统硬件结构框图如图1所示。系统硬件由9101压电式加速度传感器、YE5852电荷放大器和NI9234数据采集卡及装有LabVIEW软件的计算机组成。

NI9234采集卡有4个模拟信号输入通道和1个模拟信号输出通道,精度均为24位,并且其增益可由软件控制,采样速率最高可达51.2 kS/s,对于双极性信号,输入电压信号范围在±5 V之间。YE5852电荷放大器增益为0.01 mV/pC～1 000 mV/pC,精度为±1%。9101压电式加速度传感器为通用型宽频带传感器,其电荷灵敏度为30 pC/ms2,频率范围为0.2 kHz～10 kHz,谐振频率为27 kHz,输出电压为±10 V。

2 振动测试分析系统软件设计

由于LabVIEW基于模块化程序设计思想,因此在振动测试系统的开发过程中也基本上遵循这一思想,在总体方案确定后,根据所需的不同功能分别组建各种功能模块,最后再进行集成和调试。

根据振动测试的需要和层次化及面向对象的编程思想,把整个系统分成数据采集、信号预处理、时域分析、频域分析和频响分析5个模块。系统软件设计的总体方案如图2所示。

测试分析系统的前面板包括数据分析处理结果显示、模块选择和数据采集参数设置3部分。在前面板中可以通过点击右侧下拉列表和转动旋钮来设置数据采集过程的采样点数、采样频率、采样电压和保存实测数据的文件路径;点击左侧的模块选择标签可以切换不同的分析处理结果,包括激励信号、响应信号和滤波信号的显示以及信号的相关性分析、功率谱分析、FFT变换、频响分析和统计分析的结果。

程序框图是完成程序功能的图形化原代码,包括前面板上控件的连线端子以及连线编写程序等。通过指定程序框图中输入、输出的信号数据,可以完成对虚拟仪器的操作与控制,实现其具有的信号采集、数据分析处理等功能。

3 实际振动信号的采集与分析

配合测试系统所需的必要硬件,利用搭建的振动测试分析系统采集由LC130力锤激励简支梁(固有频率50 Hz左右)产生的振动信号,其中采样频率为2 048 Hz,对采集的振动信号进行分析处理,并进一步说明各模块可实现功能的划分。

3.1 数据采集模块

本模块完成对信号的多通道多点采集、有限点采集以及连续采集,并能够完成对信号的实时监测,对测得的数据进行保存与回放,实际采集的力锤激励信号与简支梁振动响应信号如图3所示。

3.2 信号预处理模块

本设计采用了巴特沃斯低通滤波器。其特点是通频带内的频率响应曲线最大限度平坦,没有起伏, 对所有的频率都有平滑的响应,在截止频率后单调下降,因此其频响特性是最平滑的,通带中是理想的单位响应,阻带中是零响应。当截止频率、阶数确定后,LabVIEW就按比例设定好传输的陡峭程度。

3.3 信号时域分析模块

系统时域分析模块包括信号统计分析和相关分析两部分。统计分析包括计算信号的最大幅值、最小幅值、峰峰值、均值、方差、有效值及估计功率峰值和估计频率峰值;相关分析包括自相关和互相关分析。图4为简支梁振动响应信号的自相关分析。

3.4 信号频域分析模块

测试分析系统的频域分析模块包括信号的快速傅里叶变换、自功率谱和互功率谱分析3部分。简支梁响应信号的FFT变换、自功率谱及与力锤激励信号的互功率谱的幅值谱如图5所示。

3.5 频响分析模块

对力锤激励输入与简支梁的振动响应输出两组数据做频响分析,频响函数的幅频和相频曲线如图6所示。

由频响分析结果可以发现,被测试的简支梁的一阶固有频率约为50 Hz,二阶固有频率约为190 Hz,理论与实测结果基本吻合。

4 结语

在LabVIEW平台上开发的虚拟仪器将计算机资源、测控硬件和用于数据分析、图形用户界面控制的软件进行了有效结合,使得系统的扩展十分方便,可以自主开发,完成个性化测试项目。用户可以利用软件在前面板上进行操作,避免了误操作造成的物理损坏。它能够实现各种硬件仪器所能实现的功能,实现了“软件即是仪器”这一目标,这也就是虚拟仪器如今迅速发展的重要原因之一。

摘要：以图形化编程语言LabVIEW作为开发平台,设计并搭建了虚拟振动测试分析系统,介绍了各功能模块可以实现的功能,配合必要的硬件设备,实现了对简支梁振动信号的采集、处理和分析。

关键词：LabVIEW,振动测试,信号

参考文献

[1]黄剑.虚拟仪器技术及应用综述[J].计量与测试技术,2010(4):42-43.

3.信号与系统分析试题 篇三

【关键词】演播室；音频系统；信号分配；无源分配；音频矩阵；音频网络

文章编号：10.3969/j.issn.1674-8239.2015.08.004

【Abstract】Based on the signal distribution of audio system in the TV studio， the author analysed the signal processing， transmission capacity and system architecture of the audio matrix at present， and formulated the IP-based digital audio network system in the future.

【Key Words】studio； audio system； signal distribution； passive distribution； audio matrix； audio network

在电视节目制作播出的庞大技术体系中，尽管音频系统略显微不足道，但对于电视节目的安全播出却同样发挥着不可或缺的作用。因此，作为电视节目的信号域，演播室音频系统的安全性、灵活性、合理性及先进性就显得尤为重要。以笔者所服务的央视新址E01演播室为例，为使其音频系统达到高水平的技术标准，满足台内各类节目的制作需求，在系统建设过程中，对设计方案做了全方位的论证，对目前国际上主流演播室音频设备进行了广泛的考察、对比，以及深入的研究，并在建设完成后进行了一系列测试及实际应用。E01演播室目前已平稳运行超过三年的时间，其系统经历了各类节目的严苛考验，达到了系统稳定、操作灵活、规模合理、高品质声音的总体性要求。以下集合了目前演播室音频系统信号分配的主要解决方案及国际上演播室中所采用的相应的主流核心设备，并以中国当今演播室音频需求特征为视角进行分析。

1 前端信号的无源分配方式

在E01演播室音频系统设计之初，就明确了一个原则，播出和扩声调音台（主/备调音台）通过共享接口箱的方式获取前端信号。在最后的实施过程中，根据所购调音台的产品特点，前端信号采用了无源分配的方式，将信号分别送至两张调音台，以保证信号源头的安全。E01演播室的无源分配有以下两种情况。

1.1 经无源传声器分配器的分配

演播室内的主要有线传声器通路经由无源传声器分配器分配后再送至播出调音台和扩声调音台的话放板卡，如图1所示。节目制作时，两张调音台对该类信号实现完全独立控制，并送入各自的系统后级。

1.2 经无源光纤分配器的分配

演播室内的绝大多数音频信号（包括无线传声器信号、线路信号、视频AES信号等）全部接入共享接口箱，并通过接口箱内的核心卡将全部信号转换成MADI信号后，通过光纤输出，并由无源光纤分配器分配后送至播出调音台和扩声调音台的本地接口箱，如图2所示，两张调音台共享此类信号。

2 音频矩阵信号分配系统分析

随着央视节目的深入创新，节目的制作规模越来越大，制作形式也愈发多样，这一切对系统的技术要求提升到了新的高度。E01音频系统的承载能力和节目制作规模之间的矛盾日益显现，系统扩容势在必行，但是，由于前端信号分配方式全部为无源分配，这给扩容增加了一定的难度和成本。一般意义上讲，就目前的技术水平，演播室内无源设备的稳定性要高于有源设备。但随着技术的革新，各大调音台厂商陆续将“无源”或“双星拓扑①”的设计理念融入自家产品，以提高音频系统的安全性。同时，大量使用经验也表明，除采用无源分配的方式之外，各大知名厂商的音频矩阵在安全性上同样值得信任。

层出不穷的大型节目需要规模更大的音频系统去适配，因此，各大调音台厂商纷纷推出更灵活、更高效的信号分配共享解决方案，以及计算能力更强的核心处理单元。作为电视音频工作者，一方面关注新技术、新设备在音频信号处理能力上的提升，另一方面也关注它们在安全性、稳定性方面的改进。以下笔者结合几款典型产品，分析讨论音频矩阵信号分配系统在处理能力和系统架构方面的提升。

2.1 提升信号传输处理能力

在各大电视台的音控室时常能看到Studer调音台，Studer为了满足市场不断变化的需求，2013年特意研发了Infinity系列处理引擎。Infinity处理引擎拥有强适应性和灵活性的DSP技术，并凭借全新的A-Link传输协议，提供了更大的信号传输处理能力及一流音质。与上一代产品使用的HD Link协议（最大可同时传输192个通道的24 bit音频信号）不同，采用A-Link传输协议，数据通过光纤在IO机箱和核心处理单元之间进行交换，最大可同时传输1 536个通道的24 bit音频信号；还可以直接与Riedel MediorNet分布式路由器连接，使更多的Infinity系统相互连接。如图3所示，D23m接口箱通过A-Link主备输出与两个Infinity Core处理核心相连，而两个Infinity Core以热备份的关系存在，分别连接两张调音台。

依据生产厂家提供的数据，每台Infinity Core可以同时处理多达8 448个输入通道和8 448个输出通道；在信号和接口资源的共享方面，Infinity也提供了更为简便灵活的方式。但是，由于Infinity系统的台面、接口箱、板卡与上一代产品完全无法通用，只是在D23m接口箱中保留了通过MADI Link协议将D21机箱作为卫星接口箱接入系统能力，所以对于老用户来说，升级成Infinity系统，就意味要淘汰原系统中的台面、机箱及部分板卡，升级成本相对偏高。同时，D23m接口箱中的IO板卡与A-Link板卡虽在机箱内部是有源的双星形连接，但一个接口箱中只能存在一张A-Link卡，严格意义来讲，并没有物理的冗余备份，因此，Infinity系统的安全系数略低。

4.信号与系统分析试题 篇四

摘 要：铁路信号集中监测系统目前在铁路有着广泛的应用，它已经成为每个站必须配备的辅助信号设备，由于其技术的逐步成熟，行业标准的逐步完善，是一套电务职工日常维修设备的必要辅助系统。

关键词：信号集中监测；隐患排查；故障分析

中图分类号：TN911 文献标识码：A

铁路电务信号集中监测系统是电务部门运用越来越广泛的一个设备维护辅助系统。随着铁路维修制度的逐步改变，设备维修只能在天窗点内进行，由于维修天窗点时间的不足、日常又不能进行开盖检查设备，所以很难保证设备的良好运行。近年来随着系统中设备监测项目的逐步增加，通过运用系统实时监测的特点，可以发现大量的信号设备安全隐患，为信号设备实现状态维修提供了可靠的数据依据。信号工可以利用监测系统提前发现设备问题，做到有针对性地重点检修设备，最大化地利用有限的天窗时间。下面通过现场的实际运用分析来讲解一下系统的多方面运用方法。

一、利用监测系统发现道岔设备安全隐患

目前的信号集中监测系统对道岔设备主要采集的数据有动作电流数值、动作功率数值、定位表示交流电压数值、反位表示交流电压数值、定位表示直流电压数值和反位表示直流电压数值。通过各种数据的横向对比，可以发现道岔不同部位发生的不同问题。利用道岔动作电流曲线发现配线错误问题

2015年曹妃甸西站因站改需要对站内电缆进行割接，割接电缆后，施工人员对各类设备进行了单项连锁试验，连锁关系全部正确。但在电缆割接后，职工日常巡视微机监测发现11#、13#道岔动作电流曲线偶尔发生异常。通过对所有道岔曲线进行对比综合分析后，发现只有11#、13#道岔同时扳动时、两组道岔的电流曲线均异常。

车间人员查看电缆割接前道岔的电流曲线，11#、13#道岔同时扳动时，各相电流曲线均正常，动作电流在1A左右。查看电缆割接后道岔的电流曲线，发现4月27日18点04分35秒扳动13#道岔，A相电流超标、动作电流在4A左右、持续时间约26秒；B相电流升高、动作电流在1.5A左右；C相电流升高、动作电流在1.2A左右。4月27日18点04分43秒扳动11#道岔，A相电流降低、动作电流在0.5A左右；B相电流升高、动作电流在1.5A左右；C相电流超标、动作电流在3.7A左右、持续时间约26秒。由于两组道岔的控制电缆在同一根电缆中，初步分析怀疑电缆是否有接地短路点。由于道岔站场位置离机械室比较远，道岔的控制电缆采用的是双芯并用，车间利用天窗点对两组道岔的控制电缆进行了绝缘对地摇测，未发现有电缆绝缘不良问题。车间又分别对两组道岔电缆甩线进行通断核对试验，发现11#道岔的X5与13#道岔的X1有一芯电缆交叉上错。对错误配线进行倒接后，再同时操纵两组道岔，道岔的动作电流曲线恢复正常。利用道岔表示电压曲线发现设备性能不良问题

2016年2月18日涿鹿车间通过微机监测发现涿鹿站5#道岔定、反位直流表示电压由21V降为约16V。对道岔的表示电路进行分析认为定反位表示电路的公共部分存在问题，公共部分中怀疑点最大的就是表示二极管性能不良，天窗点中对5#道岔的表示二极管进行更换后表示电压全部恢复正常。对更换下的表示二极管进行测试发现表示二极管两个并联使用的陶瓷电阻有一个存在内部断线问题。

总之，我们日常通过分析道岔的各种监测曲线，可以发现不同类型的设备安全隐患。通过动作功率曲线可以发现道岔解锁困难、中途转换卡阻、尖轨入槽困难、道岔表示缺口不适等问题。当道岔扳动时，动作功率曲线升高后一直不回落，可以判断为道岔解锁困难，道岔无法进行转换，通过现场查找杆件是否有卡阻进行处理。当道岔扳动转换途中，动作功率曲线有突然的升高或者小毛刺等现象时，可以判断为转换途中有卡阻的地方，一般情况是滑床板缺油或者杆件在转换途中有异物磨卡。当道岔在即将转换到位时，动作功率曲线有突然的升高现象，可以判断为尖轨入槽不顺，一般情况是基本轨有肥边或者尖轨有吊板问题，此种情况需及时联系工务部门进行病害整治，才能彻底解决此类问题。利用道岔表示电压曲线可以发现表示二极管性能不良、道岔动静接点虚接、表示回路电缆虚接等问题。当道岔表示电压曲线下降了一定数值后保持平稳，可以判定为道岔表示二极管性能不良，及时进行更换即可解决此类问题。当道岔表示电压曲线存在细微波动时，可以判断为表示接点虚接或者回路中有电缆虚接部位，此类问题需要进行现场检查，逐步进行排除处理。

二、利用监测系统发现ZPW-2000A轨道电路设备安全隐患

目前的信号集中监测系统对ZPW-2000A轨道电路设备主要采集的数据有功出电压、功出电流、主轨入电压、主轨出电压、小轨入电压、小轨出电压、送端分线盘电压、受端分线盘电压。可以通过各项数值的综合分析判断为室内、室外设备问题。利用受端电压发现室外设备短路问题

2015年3月30日大同南区间0144G主轨出电压波动达60MV～70MV，通过查看送端分线盘电压、受端分线盘电压判断为室外问题，首先怀疑是轨道区段内的补偿电容有性能不良的，或者是送受端调谐线存在虚接问题。车间人员到达现场对调谐线及补偿电容进行了细致的检查，没有发现明显的问题。继而车间重新对线路进行了检查，发现线路外侧有工务部门新卸的一小段钢轨，钢轨正好放在了几根地锚拉杆上部，经过初步分析是新卸的备轨短路地锚拉杆，形成第三轨道通路，造成了轨道区段的电压波动，如图1所示。

分析原因：ZPW-2000A轨道区段中有均匀分布的补偿电容，对轨道上传输的轨道电压起到补偿作用，以便实现轨道信号的长距离传输。如图所示新卸的钢轨放在了线路的外侧，刚好放在了地锚拉杆绝缘与钢轨的中间，中间这一部分拉杆是没有绝缘性能的，当新轨分别与第一个和第三个地锚拉杆短路时，相当于形成了第三条轨道通路，中间会有3个补偿电容被短路掉，不再起到补偿作用。由于短路点没有形成死短路，所以在监测系统中主轨出电压表现为波动的形态。此种设备隐患很容易同调谐线虚接、补偿电容虚接问题混淆，需要现场进行实地检查判断。利用各项监测数据快速判断故障点

2016年4月6日，铁炉村中继站至下庄区间2960G红光带，由于大秦线上有很多长大区间，交通不便，所以当区间发生设备故障时，首先需要通过监测系统的各项参数值判断区分室内外问题。这样可以压缩很大一部分故障处理时间，减少故障给行车带来的损失。上述故障发生时，通过微机监测查看2960G分为3个轨道区段，2960AG功出电流正常、主轨出电压正常；2960BG、2960CG的功出电流为零、主轨出电压为零；可以判断问题在2960AG处。进一步查找分析，2960AG处在区间分界处，它的主轨接收设备在下庄站，它的小轨接收设备在铁炉村中继站，通过查看中继站2960AG的小轨出电压是正常的，可以判定为小轨站联条件没有送出的问题。车间人员分别赶到下庄和铁炉村中继站机械室查找，发现是站联电缆的问题，找到提前核对好的备用电缆进行倒接，倒接后故障恢复。

我们日常利用信号集中监测系统可以对电源屏、信号机、轨道电路、道岔等信号设备进行实时监控，动态的发现设备使用情况，对于一些无法人工发现的设备隐患，可以通过监测系统进行综合分析判断。同时可以为电务人员提供大数据支持，电务人员利用监测系统对信号设备电气特性进行日、月、年的动态分析，通过分析设备使用状态做到有针对性的周期维护，减少了一大部分设备故障。作为铁路信号系统的新设备新技术，熟练使用信号集中监测系统是每一名电务人员必备的业务知识，合格的信号工必须能够利用监测系统发现设备安全隐患和快速判断设备故障部位。

参考文献

5.信号与系统总结 篇五

一，选择题（20分）总共10道，每道2分

二，填空题（18分）总共6道，每道3分

三，判断题（10分）总共10道，每道1分

四，计算题（30分）总共3道，每道10分

五，综合题（22分）总共1道，5或6小问

（一）在选择、填空、判断题中，大家着重注意各章作业题与例题

（二）在计算题中，（1）离散时间系统卷积和的计算（记下公式），连续时间系统卷积和的计算（记下公式）

大家重点看看例2.1，习题2.4和2.5

（2）计算线性时不变系统的输入输出

大家重点看看例4.25，习题4.33,4.36

（3）离散时间傅里叶变换

大家重点看看例5.10

（三）在综合题中，有可能会考采样

（1）公式7.1——7.6

（2）公式7.11理想低通傅里叶反变换

（3）P390例7.2

（4）此外重点看看习题4.16

有关第9章拉普拉斯变换和第10章Z变换的题，应该会出几道小题，大家多看看变换的性质即可。

6.信号与系统分析试题 篇六

关键词：复频域法,S域等效电路,全响应,零状态响应

信号与系统是电子信息工程、通信技术等专业重要的基础课, 笔者近年来在辅导学生参加自学考试时发现复频域法分析求解电路题在自考时多次出现, 但是学生得分率不高, 反映这种题型难, 综合性强, 有时看到题目就想放弃。现将复频域法分析求解电路题举例说明, 梳理解题思路、分析解题时的注意事项, 并将其应用于教学中, 提高学生的通过率。

1 复频域法分析求解电路原理

1.1 拉普拉斯变换

拉普拉斯变换法是信号与系统中的三大变换之一, 是信号系统分析理论的基石之一[1]。复频域法分析求解电路即借助拉普拉斯变换方法先求出电路响应的象函数, 然后利用拉普拉斯逆变换求出其对应的原函数, 即电路某处的电流或电压的时域表达式。

1.2 复频域法分析求解电路问题的一般过程[2]

由时域模型电路画出S域模型电路, 应用电路中所学各种方法解得响应象函数, 然后取拉普拉斯逆变换得响应时域函数。

1.3 电阻R、电容C、电感L的复频域 (s域) 模型

1.4 基尔霍夫定律的S域形式

基尔霍夫电流定律的S域形式:∑I (s) =0, 表明对任意结点, 流出 (或流入) 该结点的象电流的代数和恒等于零。

基尔霍夫电压定律的S域形式:∑U (s) =0, 表明对任意回路, 沿该回路闭合巡行一周, 各段电路象电压的代数和恒等于零。

即:当将电路的时域模型变换到S域后, 在画出的S域模型电路中, 原来所学电路课程中的基尔霍夫定律、节点电压法、网孔电流法、戴维南定理、诺顿定理等仍适用。

2 复频域法分析求解电路例题

例题1电路如图1所示, 已知f1 (t) =2e-tε (t) V, f2 (t) =1.5ε (-t) A, 试用复频域分析法, 求t>0时u (t) 。 (2006年4月全国自考第33题)

分析与解答:1) 当t<0时, f1 (t) =2e-tε (t) V=0V, 即电压源上的电压为零, 相当于短路;f2 (t) =1.5ε (-t) A=1.5A;电路原来已处于稳定状态, 故电容相当于开路, 电感相当于短路, 等效电路图如图2所示, 电路简化成4Ω和2Ω两个电阻并联分流1.5A的电流源。电感iL (0-) 的初始状态相当于2Ω电阻支路的分流, 电容uc (0-) 的初始状态相当于2Ω电阻支路的分压, 计算电感和电容上的初始状态分别为:

2) 当t>0时, f2 (t) =1.5ε (-t) A=0A, 即电流源上的电流为零, 相当于开路;f1 (t) =2e-tε (t) V=2e-tV;等效电路图如图3所示。电压源f1 (t) 的象函数为, 参照表1中电阻、电容、电感的S域模型, 代入上述所求的电感和电容的初始状态画出S域等效电路图如图4所示, 特别注意电感的S域模型中电压源的电压与电流参考方向为非相关联。

若用网孔法求I2 (s) , 列写网孔方程为:

利用部分分式展开法得:

其拉普拉斯逆变换为:u (t) = (4e-t-20e-2t+20e-3t) ε (t) , 即为所求的t>0时的u (t) 。

说明:1) 此题也可用节点电压法或其他方法求解。

2) 此题求解的响应为全响应, 若电路中电容或电感的初始状态为零, 则电容和电感的S域模型就简化为1sc和s L, 画S域等效电路时就没有表1中的电压源了, 此种情况经常出现在求电路的零状态响应中, 比上述要求电路的初始状态更简单些, 如例题2所示。

例题2电路如图5所示:

1) 画出零状态响应的s域等效电路图;2) 求UC (s) ; (3) 求uC (t) 的零状态响应。

(2013年4月全国自考第35题)

分析与解答:1) 当初始状态为零时, 电阻的S域模型为R, 电感的S域模型为s L, 电容的S域模型为, 电压源4ε (t) 的象函数为4s, 将相应的电阻、电容、电感值代入, 画出S域等效电路图如图6所示。

2) 根据电路中的串并联情况:电感与电容并联后再与电阻串联, UC (s) 即为电容与电感并联的分压, 写出UC (s) 的表达式为:

3 结论

通过列举两个含有动态元件L、C的电路例题, 分析了用复频域法求解电路全响应和零状态响应的解题步骤、注意事项等, 有助于学生掌握复频域法求解电路的思路。

参考文献

[1]周昌雄.信号与系统[M].西安:西安电子科技大学出版社, 2008.

7.现代铁路信号系统分析研究 篇七

关键词：铁路；信号系统；分析

1 铁路信号系统的构成分析

1.1 行车调度系统 在这个电子科技及信息技术都在不断发展的新时期，因为有了计算机技术、通信技术、信息化技术及自动化控制的多方面支持，关于现代化的铁路信号系统建设，也同时引进了多方面的新理念，通过行车调度系统可以对各线路的运行随时进行监控，不但如此，还可以对列车实行实时监控，这些都从实际意义上实现了自动化，并且可以根据其他的列车的行驶进行自动化全面的处理。

1.2 闭塞系统 我国现阶段的闭塞设备主要有自动化设备、自动站间设备以及半自动化设备等。列车上相邻的两个闭塞设备以及专用的轨道电路设备，两者可以合并成为一个全新的闭塞系统，同时，利用牵出线和到发线等线路的应用，并且通过无配线的分界点设备值，能够为列车的安全形势提供保证，保证在同一个闭塞的区域，以及同一个时间里只能行驶一台列车，最终杜绝不良的事故发生。

1.3 连锁系统 目前在铁路事业发展中的一个重要的环节，就是车站连锁系统，使用一些相关系统及相关的技术，能够使铁路列车提供一个非常安全的向导。不仅如此，车站连锁系统和闭塞系统也有着非常密切的联系，信号设备在进站和出站之间的时候，也要在进站的岔道部位建立一套信号机等相应的设备。

2 雷击对于铁路信号的影响

2.1 电磁脉冲 在地面较高的建筑物及带有信号装置的场所，它们附近的建筑物和带有信号装置的建筑物，一旦遭到雷击，那么在信号体系内就会产生过电压和过电流以及雷电电磁脉冲。

2.2 电磁感应 我们所说的感应雷，实际上就是雷云在放电的时候，或者是雷电在雷云之间的时候，在这附近的户外传输信号线路埋地电力线、设备间的连接以及信号电缆线等，都有可能受到电磁感应的影响，这样就会使得串联在线路或者终端电子设备受到某种程度的损害。

2.3 冲击波 冲击波说的是进入了高压线，并且已经到了高压变压器的内部和信号设备所在的供电电源系统当中，而且没有避雷针，要不就是避雷针已经失效，此时的雷电波幅数值非常大，这样一来，变压器次级和初级绕组之间的绝缘，将会被击穿。因此，雷电压就会入侵到交流低压电源，将其损坏。

2.4 轨道电路 向着信号设备的轨道电路入侵，一般情况下，轨道电路都会使用高出地面很多的轨钢当做传输线。因为有着地理环境的阻碍，一些例如树林、大山等铁路旁的较大物体，都是容易遭到雷击的对象。

3 无线通信技术在铁路信号系统中的作用

3.1 集中调度的应用 调度中心的科员一定要在集中调度的系统中，准确了解列车的运行情况，而且要通过所获取的信息，对进路进行排列。可是，使用无线通信技术可以让控制系统了解到列车当前所行驶的速度及地理位置，并且根据信号系统，把控制信息传给列车，以此来保证列车的行驶安全。

3.2 微机联锁中的应用 无线技术一旦应用到了微机联锁当中，便可以把信号处于闭锁的状态以及道岔的基本情况传到主控中心，利用道旁的接口单元可以和主控中心联系，最后，通过电缆和现场的设备进行连接，最终达到预期的目的。

3.3 中继器中的应用 铁路的运行中，如果要么一个题录都设立一个通信站是有困难的。这样不但会使设备的投入资金增加，而且还会使得无线通信铁路信号失去原有的意义。可是利用中继器，就能够进行射频信号的接受和发送，还能够管理车站和线路范围内的站区。

3.4 使平交道口的通过率提高 铁路信号系统中加入无线通信技术，主控中心便可以對各个道口的运行情况进行查询，并且可以及时的把查询信息向最近的列车进行反馈。除此之外，主控中心在接收列车的速度及位置信息的时候，可以计算列车通过道口后的时间，最终计算出列车的允许最大时速，保证列车通过时候的安全，从而提高了平交道口的通过率。

4 铁路信号设备系统的性能和故障的分析

4.1 信号机的维护 信号机如果没能够在正常情况下发出报警信号，那一定是内部出现了问题，这就需要相关的人员对其进行定期检查。一旦发现信号机出现了故障发出了报警信号，那么就是发光二极管的问题，这就要把信号机的光源进行检查和更换，如果信号机的故障是因为点灯变压器的问题，那么就需要及时更换变压器。

4.2 转辙机的维护 在进行转辙机的检查中，其检查的内容应该包括：查看转辙机在运行中是不是受到了外界的影响，尖轨和基本轨之间是不是存在着异物；道岔的密贴是不是正常；基本轨和新轨的竖切部分有没有肥边；以及尖轨是不是在使用中发出了异常的声音等。季度的检查内容则应该包括：之前的检查内容在季度的检查时要再次进行检查，同时还要检查每一个连接头与销轴的旷量是否都在范围内；在转辙机运行时，尖轨第一牵引点和新轨的第一牵引点插入的铁板，是不是厚度在2-4毫米之间；锁闭齿轮和齿条块不应该是锁闭状态。

4.3 轨道电路的检查 对轨道电路外部的检查中应该包括这些内容：塞钉连续线与道岔跳线之间的连接情况；查看钢轨绝缘外观以及轨道外部的螺丝是否已经拧紧，这些都是检查的内容。对轨道电路内部的检查中应该包括这些内容：查看箱盒里的配线端子和螺丝是否拧紧；配件中有没有破皮现象以及箱盒内部是否干净等。

5 结语

总而言之，在铁路工程中，信号系统的稳定性与可靠性对于行车安全具有非常重要的意义。因此，应该加强对信号系统的研究，从而提高铁路信号系统的运行质量，促进铁路系统的发展。

参考文献：

[1]张杰.浅谈铁路信号综合防雷系统现状及优化方案[J].赤子（上中旬），2014.15：294.

[2]杨书林.浅谈铁路信号工程技术施工管理[J].技术与市场，2012.12：268+271.

[3]刘荣华.铁路信号设计一体化系统研究分析[J].信息通信，2014，02：203.

8.《信号与系统》教学大纲 篇八

Signal And System

第一章 信号分析基础

随着近代科学技术的进步与发展，特别是高集成度与高速数字技术的飞跃发展，信息高速公路的建设，新材料、新工艺和新器件的不断出现，使各技术学科领域和现代化工业的面貌发生了深刻和巨大的变化，当今科技革命的特征是以信息技术为核心，促使社会进入信息时代，使信号与系统日益复杂，也促进了信号与系统理论研究的发展。

1．信号的分析基本概念

1.1 信号的定义与分类

讲解：信号及其描述，信号的分类

1.2 基本的连续时间信号和离散时间信号

介绍： 单位阶跃信号和单位冲激信号，正弦型信号与正弦型序列，指数型信号与指数型序列

1.3 信号的基本运算与波形变换

讲解： 信号的基本运算，自变量变换导致的信号变换，信号的分解

建议教学计划课时数

信号的定义与分类（1学时）

基本的连续时间信号和离散时间信号（1学时）

信号的基本运算与波形变换（2学时）

第二章 系统的分析基础

系统理论主要研究两类问题：分析与综合。系统分析是对给定的某具体系统，求出它对于给定激励的响应；系统综合则是在给定输入（激励）的条件下，为获得预期的输出（响应）去设计具体的系统。

2.1 系统的数学模型及其分类

讲解： 系统的概念，系统模型，系统的基本联接方式，系统的分类，2.2系统模拟与相似系统

讲解：相似系统，系统模拟

2.3线性时不变系统分析方法概述

建议教学计划课时数

系统的数学模型及其分类（2学时）

系统模拟与相似系统（2学时）

线性时不变系统分析方法概述（1学时）

第三章 线性时不变连续系统的时域分析

要分析任何一个物理系统，首先要建立该系统的模型。系统模型就是系统基本特性的数学抽象，它以数学表示式或具有理想特性的符号组合成图行来表征系统的特性。然后用数学方法求出它的答案，并可对所得结果进行物理解释。线性时不变(LTI Linear time-invariant)连续系统的时域分析，就是根据描述线性时不变连续系统的微分方程数学模型，研究该微分方程时域求解方法，以分析以系统激励x(t)输入与响应y(t)输出信号在时间域上的关系及特性。本章主要介绍三种方法：一个n阶常系数线性常微分方程的经典求解方法，即分析线性时不变连续系统的固有响应、强迫响应方法；线性时不变连续系统的零输入响应、零状态响应方法；及卷积方法求解系统零状态响应。本章的难点是卷积积分。3.1 线性时不变连续系统的描述及其响应

讲解： 线性时不变连续系统的描述，微分方程的经典解，零输入响应与零状态响应

3.2 冲激响应和阶跃响应

讲解： 初始状态等效为信号源，冲激响应，阶跃响应

3.3 卷积积分

讲解：卷积积分，卷积的图解，卷积运算的规则，卷积方法计算系统零状态响应

建议教学计划课时数

线性时不变连续系统的描述及其响应（3学时）

冲激响应和阶跃响应（2学时）

卷积积分（3学时）

第四章 线性位移不变离散系统的时域分析

随着大规模集成电路、计算机的迅速发展，过去用模拟系统（连续系统）实现的许多功能，目前已能用数字系统（离散系统）来实现。数字技术已渗透到科学技术的各个领域，并日益显出它的重要作用。

离散系统处理的是离散信号，即系统的激励与响应都是离散时间信号，它可以是象数字计算机或各种数字的输入、输出信号，也可以是某些连续时间信号的抽样函数构成的序列。

线性位移不变离散系统对输入、输出信号具有线性和位移不变性。线性性是指若m个激励的叠加输入，那么，响应等于m个激励分别通过系统的响应的叠加；位移不变性是指若激励延迟m个单位，那么，响应也延迟m个单位，这种性质也称为激励与响应之间的平移不变性。

一个线性位移不变离散系统可用一个n阶常系数差分方程描述，差分方程与微分方程的求解方法在很大程度上是相互对应的。线性位移不变离散系统的时域分析，就是根据描述线性位移不变离散系统的差分方程数学模型，研究该差分方程时域求解方法，以分析以系统激励x[k]输入与响应y[k]输出信号在时间域上的关系及特性。本章主要介绍三种方法：一个n阶常系数线性差分方程的经典求解方法；线性位移不变离散系统的零输入、零状态响应方法；及卷积和方法求解系统零状态响应。4.1 线性位移不变离散系统的描述及其响应

讲解： 线性位移不变离散系统的描述，差分方程的经典解，零输入响应和零状态响应 4.2 单位序列和单位响应

讲解： 单位序列和单位阶跃序列，单位响应 4.3 序列卷积和

讲解： 卷积和，序列卷积和计算方法，卷积和方法计算系统零状态响应 建议教学计划课时数

线性位移不变离散系统的描述及其响应（3学时）单位序列和单位响应（2学时）序列卷积和（3学时）

第五章 连续时间信号与系统的频域分析

在本章中，着重介绍信号的频谱分析和傅氏级数的理论基础及应用。首先，从周期信号出发，给出三角型和指数型的傅氏级数，接着介绍傅里叶谱、单边谱和双边谱，并利用正交信号空间的概念给出一般意义的信号表示法，然后介绍傅氏变换及其许多的重要性质和定理（如调制定理、卷积定理），对各种信号的频谱分析和信号的无失真传输等。这些内容将多次地应用到后期课程和各种通信技术中。

通过本章的学习，应牢固建立如下概念：信号等效于一个频谱密度函数，系统等效于一个频率响应，系统对信号起频谱变换作用。本章的难点是傅氏变换及其许多的重要性质和定理的应用。

5.1 信号分解为正交函数

讲解： 正交函数集，信号正交分解

5.2 周期信号的傅里叶级数

讲解：周期信号的分解，奇、偶函数的傅里叶系数，傅里叶级数的指数形式

5.3 周期信号的频谱

讲解：周期信号的频谱特点，周期矩形脉冲的频谱，周期信号的功率

5.4 非周期信号的频谱密度

介绍：常用函数的傅里叶变换：单位冲激信号、单位直流信号、单位阶跃信号、符号函数、虚指数函数、周期信号、高斯函数等的傅氏变换

5.5 傅里叶变换的性质

讲解： 线性性、奇偶性、正反变换的对称性、尺度变换、时移特性、频移特性、卷积定理、时域微分和积分、频域微分和积分、能量谱和功率谱等

5.6傅里叶反变换

讲解：利用傅里叶变换的对称性、部分分式展开、利用变换性质及常见信号的变换进行傅里叶反变换的方法

5.7 线性非时变系统的频域分析

讲解：频率响应，信号的无失真传输，理想低通滤波器的响应

建议教学计划课时数

信号分解为正交函数（2学时）

周期信号的傅里叶级数（1学时）

周期信号的频谱（1学时）

非周期信号的频谱密度（3学时）

傅里叶变换的性质（3学时）

傅里叶反变换（2学时）

线性非时变系统的频域分析（3学时）

第六章 离散傅里叶级数、离散时间傅里叶变换与DFT 数字信号处理的重要任务之一是离散信号和系统的分析。离散系统的激励与响应都是离散时间的，它们是离散时间变量的函数，或称之为序列。这里所说的离散信号，可以是象数字计算机或各种数字的输入、输出信号，也可以是某些连续时间信号的抽样函数（或序列）。因此，本章我们从信号抽样及抽样定理入手，主要讨论离散信号的频谱分析的基本方法。首先讨论周期信号的离散时间傅里叶级数表示，非周期信号的离散时间傅里叶变换，并介绍离散傅里叶变换(DFT)的定义、性质与应用。

6.1 信号抽样及抽样定理

讲解：信号抽样，抽样定理

6.2周期离散时间信号的离散傅里

叶级数表达及系统响应

讲解： 周期序列的离散傅里叶级数表达，线性位移不变离散时间系统对周期序列的响应，6．3 非周期离散时间信号的离散傅里

叶变换表达及系统响应

讲解：非周期序列的离散傅里叶变换表达，离散傅里叶级数与离散时间傅里叶变换的关系，线性位移不变离散时间系统对非周期序列的响应

6.4 离散傅里叶变换（DFT）

讲解： DFT的定义，DFT的基本性质，DFT的一些基本应用

建议教学计划课时数

信号抽样及抽样定理（2学时）

周期离散时间信号的离散傅里叶级数表达及系统响应（3学时）非周期离散时间信号的离散傅里叶变换表达及系统响应（3学时）离散傅里叶变换（DFT）（3学时）

第七章 拉普拉斯变换与复频域分析

线性时不变系统的分析基础是把输入信号用基本信号单元的线性组合来示，然后根据系统对基本信号的单元的响应，再利用系统的线性与时不变性求得整个系统的输出响应。在连续时间傅里叶变换分析中，是以虚指数 ejt作为基本信号单元。由于 ejt是连续时间LTI系统的特征函数，从而简化了对系统的响应的求解。这种以傅里叶变换为基础的频域分析法通常要求信号 信号，如周期信号、阶跃信号、单边指数信号 傅里叶变换。

ft满足绝对可积条件。然而有些重要的eatuta0等，不满足绝对可积条件，不能直接进行从本章开始将要讨论的复频域分析法，是将用一般的复指数函数或序列讨论傅里叶变换的一般化问题，并建立信号与系统的复频域表示法。连续傅里叶变换的一般化是双拉普拉斯变换，简称为拉氏变换；而离散时间傅里叶变换的一般化即为双边Z变换，简称为Z变换。Z变换在将本书第七章介绍，本章仅讨论拉氏变换，记为LT。拉氏变换是以复指数函数

est（sj，为复变量，称为复频率）为基本信号对任意输入信号进行分解，系统的响应也是同频率的复指数信号，其输入和输出之间由系统函数

Hs相联系。所涉及的是拉氏变换和其反变换问题。本章首先从傅里叶变换导出拉氏变换，对拉氏变换给出一定的物理解释；然后讨论拉氏变换和反变换以及拉氏变换的一些基本性质，并以此为基础，着重讨论线性系统的拉氏变换分析法；应用系统的函数及其零极点来分析系统的时域特性、频域特性。7.1 拉普拉斯变换

讲解：拉普拉斯变换的定义，拉普拉斯变换的收敛域 7.2 拉普拉斯变换的性质

讲解：线性性质、时移（延时）特性、尺度变换、复频移（s域平移）特性、时域微分、时域积分、s域微分、s域积分、初值定理、终值定理、卷积定理等 7.3 拉普拉斯逆变换

讲解：查表法逆变换、部分分式展开法、围线积分法等 7.4 复频域分析

讲解： 微分方程的变换解、网络元件的s域模型、系统函数、连续系统的稳定性分析、系统复频域综合方法

建议教学计划课时数

拉普拉斯变换的定义（2学时）拉普拉斯变换的性质（3学时）拉普拉斯逆变换（3学时）

复频域分析、连续系统的稳定性分析、系统复频域综合方法（6学时）

第八章 变换与z域分析

描述线性非时变离散系统的一种形式是常系数线性差分方程，线性离散时间系统也可用类似于分析线性连续时间系统所采用的变换法进行分析，在离散时间系统分析中，Z变换的地位和作用类似于连续系统中的拉普拉斯变换，利用Z变换把差分方程变换为代数方程，从而使离散系统分析较为简便。

描述线性非时变离散系统的另一种形式是系统函数，通过研究系统函数分析系统稳定性更为有利。因此，作为学习基础，本章主要介绍Z变换的基本理论和分析方法、差分方程的变换解方法、以及系统函数和系统稳定性分析。8.1 Z变换的定义

讲解： 从拉普拉斯变换到Z变换，Z变换与傅里叶变换、拉普拉斯变换之间的关系，Z变换的收敛域 8.2 Z变换的性质

讲解：线性性质，移位特性，序列乘a k（z域尺度变换），卷积定理，序列乘k（z域微分），序列除以k+m（z域积分），部分和的Z变换，初值定理和终值定理等 8.3 逆Z变换及计算方法

讲解： 围线积分法，幂级数展开法，部分分式展开法 8.4 Z 域分析

讲解： 差分方程的变换解，系统函数，离散系统的稳定性分析，系统复频域综合方法 建议教学计划课时数 Z变换的定义（2学时）Z变换的性质（3学时）逆Z变换及计算方法（2学时）

Z 域分析，离散系统的稳定性分析，系统复频域综合方法（5学时）

第九章 系统的状态变量分析法

9．1 系统的状态方程的描述

讲解：系统的状态方程的建立方法，电路网络方法，微分、差分方程转换方法 9．2 线性时不变连续系统的状态变量分析方法

讲解：线性时不变连续系统的状态变量时域分析，线性时不变连续系统的状态变量变换域分析 9．3 线性位移不变离散系统的状态变量分析

讲解：线性位移不变离散系统的状态变量时域分析，线性位移不变离散系统的状态变量变换域分析 建议教学计划课时数

系统的状态方程的建立方法，电路网络方法，微分、差分方程转换方法（3学时）

9.信号与系统学习心得 篇九

经过几个星期对《信号与系统》的学习与认知，让我逐步的走进这充满神秘色彩的学科。现在我对于这么学科已经有了一点浅浅的认识。下面我就谈谈我对这门学科的认识。

所谓系统，是由若干相互联系、相互作用的单元组成的具有一定功能的有机整体。根据系统处理的信号形式的不同，系统可分为三大类：连续时间系统、离散时间系统和混合系统。而系统按其工作性质来说，可分为线性系统与非线性系统、时变系统与时不变系统、因果系统与非因果系统。信号分析的内容十分广泛，分析方法也有多种。目前最常用、最基本的两种方法是时域法与频域法。时域法是研究信号的时域特性，如波形的参数、波形的变化、出现时间的先后、持续时间的长短、重复周期的大小和信号的时域分解与合成等、频域法，是将信号变换为另一种形式研究其频域特性。信号与系统总是相伴存在的，信号经由系统才能传输。

最近我们学到了傅里叶级数。由于上一学期在《高等数学》中对这一方面知识有了一定的学习，我对这一变换有了一点自己的感悟与认知。以下就是我对傅里叶级数的一点总结：

1.物理意义：付里叶级数是将信号在正交三角函数集上进行分解（投影），如果将指标系列类比为一个正交集，则指标上值的大小可类比为性能在这一指标集上的分解，或投影；分解的目的是为了更好地分析事物的特征，正交集中的每一元素代表一种成分，而分解后对应该元素的系数表征包含该成分的多少 2.三角函数形式：f(t)可以表示成：

f(t)a0a1cos(w1t)a2cos(2w1t)ancos(nw1t)b1sin(w1t)b2sin(2w1t)bnsin(nw1t)a0[an10ncos(nw1t)bnsin(nw1t)]

其中，a被称为直流分量

ancos(nw1t)bnsin(nw1t)被称为

n次谐波分量。

a0T1/2T1/2f(t)dt1T1K0T1/2T1/2f(t)dt

2T1anT1/2T1/2f(t)cos(nw1t)dtKanT1/2T1/2f(t)cos(nw1t)dt

f(t)sin(nw1t)dtbnT1/2T1/2f(t)sin(nw1t)dtKbn2T1T1/2T1/2

注：奇函数傅里叶级数中无余弦分量；当f（t）为偶函数时bn=0，不含正弦项，只含直流项和余弦项。

3.一般形式：

f(t)cn0ncos(nwtn)

或者：

f(t)dn0nsin(nwtn)

c0d0a0cndn

22anbn narctg(4.指数形式：

bnan)，narctg(anbn)

f(t)1nFnejnw1t

f(t)ejnw1tFn

以上就是我目前对这门学科的认识。信号与系统作为一门专业课，其重要性不言而喻。在接下来学习中，我将继续深入的去学习这门学科。我希望能真正的掌握这门极其有用的学科，在不远的将来，把它运用于实践中去。

10.信号与系统分析试题 篇十

关键词 信号与系统 改革 实践

中图分类号：G642.421 文献标识码：A 文章编号：1002-7661（2016）24-0012-02

一、前言

《信号与系统》是信息类本科专业的专业基础课，信息技术的迅猛发展与日益广泛的应用是信息时代的主要特征。信息的获取、存储、传递、处理、识别与综合是信息技术研究的主要内容。信号是信息的载体，系统是信息的处理手段。因此，以研究信号与系统理论的基本概念和基本分析方法为目的的《信号与系统》课程是通信技术、电子信息技术和自控技术各专业必修的主干基础课之一，是电子信息工程专业一门重要的专业基础课，也是硕士研究生入学考试的必考科目。

本课程是一门理论性很强的课程，通过这门课的学习，使学生理解信息的基本处理过程，能运用基本分析方法理解系统对信号所起的作用，为以后的设计系统打下理论基础。与大部分工科课程相同，《信号与系统》课程作为面向电子信息类专业的基础课程，也起源于欧美。在二十世纪五十年代，美国麻省理工学院总结二战以来在通信、雷达和控制等领域广泛应用的基础理论，开设《信号与系统》课程，讲授卷积、傅里叶变换、拉普拉斯变换、反馈分析等专业知识，我国在改革开放之后才开设《信号与系统》课程。

当前，信息技术飞速发展，新理论和新技术不断涌现，学科交叉融合日益密切，《信号与系统》不仅是电子信息类专业核心基础课程，也成为自动控制、汽车、车辆、网络等相关专业的比较重要的专业基础课。因此，《信号与系统》课程的教学也与时俱进，教学主体根据不断发展的技术形势，及时调整培养目标，在课程体系、教学内容、实验手段、教学方法和考核方法等方面进行改革和实践。

二、教学改革研究路线

虽然《电路分析基础》《信号与系统》《数字信号处理》课程的教学核心，在国内已达成共识，但按照何种顺序讲解、附加在何种背景下讲解、如何进行教学实践环节等方面，不同的教材仍有不同的侧重甚至完全相异的教学观点，学生在学习这些课程时感到概念好懂，但如何用概念、理论来解决问题就比较难掌握。针对本课题的研究内容，本课题的研究工作采取理论——实践——调研——再理论——再实践的方案。

具体过程如下：

（一）理论

梳理核心内容的逻辑关系：关于连续变换和离散变换的讲课顺序。

挑选核心内容的侧重点：拉氏变换讲解的侧重点。

实验的内容、时机的考虑：学好信号与系统，实践是必不可少的环节，实践中，MATLAB软件又是最重要的工具，针对此软件是单独开实验课还是安排在课后习题中。

（二）实践

在2015至2016学年第二学期开设相关课程的班级进行教学实践，在不同专业的应用案例中融入本专业的特色，本学期已经考虑基于MALBA软件进行实验教学。

（三）调研

在2016年暑期，在上海本地相关院校和南京、北京、西安、武汉等有关院校，对相关课程的教学大纲、教学方法和手段、实验内容等，以及开设专业、授课教师等情况的实地考察和学习。

（四）再理论

总结调研内容、取长补短，结合本校的教学实践和相关院校的教学理论和实践经验，对之前的理论研究进行修正。中期成果为在撰写调研报告的基础上投稿至少一篇教研教改论文。

（五）再实践

总结在2015至2016学年第二学期开设《信号与系统》课程的班级进行的教学实践，在2016至2017学年第一学期开设《信号与系统》课程的班级进行进一步的教学实践，撰写教学教改论文。

通过对多个学校、多种教材的考察、多篇教学文章的学习，本课题组已经对如下问题进行了思考和预研究：连续变换和离散变换的讲课顺序；拉氏变换讲解侧重点；MATLAB软件的使用：学好信号与系统，实践是必不可少的环节，实践中，MATLAB软件又是最重要的工具，针对此软件本学期主要以单独开实验课为主，安排在课后习题中为辅。经典例题的应用：以经典例题为主，辅以课堂讲解，并更新一部分符合现代背景的例题，在兴趣中讲解，并在讲解中产生兴趣。实验形式选取：实验是教学中必不可少的环节，演示性实验偏重原理讲解，研究性实验偏重提高学生分析问题和解决问题的能力。二者有机结合。

《电路分析基础》《信号与系统》《数字信号处理》是理论与实践紧密结合、应用广泛、交叉渗透了许多学科的课程。其中《信号与系统》是以信号与系统特性以及信号处理等工程问题为背景，经数学抽象及理论概括而形成的一门课程，任何事物都可以看做是一个系统，用系统模型的建立和系统分析的理论，对其进行定量分析。因此，本课程所采用的分析概念是许多工程学科的组成部分，尤其重要。

了解相关大学，包括985、211院校的有关课程的培养目标、教学大纲、教学内容、实验内容等；交流对于不同学科专业有关课程的基本教学要求；了解对于以培养应用能力为主要目标的学校，该课程教学中的侧重点。学习和交流有关课程对学生学习效果的评价方式、课堂教学方法、教学内容中重点和难点的处理方式。了解相关大学有关课程教学教师的情况以及团队建设的措施；了解其学校对教师教学能力、教学效果的评价方法。

外文教材与中文教材的选用：外文教材具有帮助阅读和写作的优势，中文教材具有帮助理解的优势。大班教学与小组讨论：教学过程中，以大班教学为主，以小组讨论形式为辅。

相关院校调研，有关课程的教学大纲、教学方法和手段、实验内容等，以及开设专业、授课教师等情况的实地考察和学习。调研软件实验与硬件实验，目前有多所学校在MATLAB基础上增加FPGA实验更进一步验证真实环境下的理论知识，也有多所学校仍坚持软件验证为主。

将新的教学理念、方法、案例等应用于实际教学。对核心教学内容进行整合。考虑到学生前序课程复变函数理解可能不够透彻，将三个变换并行讲解模式改为串行讲解模式，即先让学生切实掌握傅里叶变换，然后以傅里叶变换为基础，让学生理解其它变换。也同样由于前序课程复变函数课程学生可能理解不够透彻，加重零极点内容教学，因为这个方面的分析对后续课程有很大帮助，如数字信号处理等。

对练习内容进行调整和加强。考虑到学生目前对公式推导更多在于形式上的理解而不是概念上的理解，所以在作业中布置MATLAB编程和画图的题目，学生通过MATLAB画图，可以直观的理解公式所表达的物理含义。例题的使用考虑到《信号与系》这门基础课对后续课程的铺垫作用，以不同专业后续课程中的实际应用为基础，讲解对应的例题。

三、教学方法、手段及考核方法

采用多种教学方法和手段，如讲授法、谈论法、演示法、练习法、课堂讨论法、实验法等。实验法是学生在教师的指导下，使用一定的设备和材料，通过控制条件的操作过程，引起实验对象的某些变化，从观察这些现象的变化中获取新知识或验证知识的教学方法。而本门课程的特殊性，采用的实验法是指通过计算机进行仿真实验，所采用的软件为MATLAB，利用该软件，学生在教师的指导下，可对所学的理论进行仿真验证，对深刻理解所学知识大有裨益。

建立多专业授课教师合作工作室。为了深入探讨各个专业的特色，并根据特色突出相应的理论重点，实现本门课程和专业的无缝对接，本项目拟定建立多专业授课教师合作工作室。该工作室的建立面向学生及讲授该门课程的教师。在工作室环境下，以项目为依托，便于学生与教师及教师之间的交流、沟通，并使学生充分认识到“理论用于指导实践，实践可用于验证理论”，从而避免以往的理论教学与实践相脱离的现象，缩小理论与实践的距离，充分有效利用高校资源。在该平台上，可结合各专业的技术需求情况，制定授课计划，实际项目，在课程的整个学习过程中，可使学生与教师零距离接触，便于专业知识的吸收和转化，既可以提高学生的理论，又可以培养实践能力。

对于课程的考核方式，基于学校对考查课的要求，可采取试卷考核、大作业、小论文、调研报告、上机操作、现场技能操作、答辩、实验测试等方式与日常表现结合的考核方式。

关于评价体系，课程的评价体系采用学生评价、教师评价、学校评价，三者结合的方式，对该课程的教学进行评定。所评定的内容包括教学方式，教学方法，教学态度，教学效果。

四、结束语

对《信号与系统》课程的研究、改革与实践，可以提升《信号与系统》授课教师的教学水平，促进学生对《信号与系统》核心内容的理解和掌握，提高学生理论与实际结合的能力；有利于《信号与系统》课程在应用技术性院校多专业的教学。

参考文献：

[1]郑君里.教与写的记忆：信号与系统评注[M].北京：高等教育出版社，2005.

[2]李建华，马晓红，邱天爽.“信号与系统”课程体系剖析[J].电气电子教学学报，2010，（04）.

[3]张小虹.信号与系统（第三版）[M].西安：西安电子科技大学出版社，2014.

[4]郑君里.信号与系统（第三版）[M].北京：高等教育出版社，2011.

[5]陈后金等.我校“信号与系统”课程的改革与建设[J].电气电子教学学报，2004，（12）.

[基金项目：上海电机学院2016年校级重点教研教改项目（项目名称：宽领域专业基础课程群教学的研究改革与实践）；上海电机学院2016年校级重点课程建设项目（课程名称：信号与系统）。]

11.信号与系统分析试题 篇十一

1 概述

1.1 颤振引发飞机飞行过程中信号噪声过大的问题

飞机颤振 (aircraft flutter) 是飞机的机翼、尾翼、螺旋桨叶等在一定飞行速度下, 产生导致飞机在空中解体的自激振荡, 产生机理是将气流的能量转换为使结构产生振荡的能量, 是气动力与惯性力、弹性力的多重作用的结果。其机翼面上产生的两种附加气动力为: (1) 由于机翼扭转了θ角, 攻角也改变了θ角, 这使翼面举力改变了ΔLθ, 它的方向和机翼运动方向相同。因此, 附加举力ΔLθ是促进机翼振动的激振力。这个θ产生的附加举力可用公式表示为:。式中C为翼面的举力系数曲线斜率;ρ为空气密度;v为飞行速度;S为翼面面积。ΔLθ与飞行速度v的平方成正比。 (2) 机翼在弯曲振动过程中, 有附加的垂直运动速度ω。气流速度vr为来流速度v和ω的矢量和, 即vr=v+ω, 攻角改变了Δα, 举力也改变ΔLa。这一个附加举力是和机翼弯曲运动的方向相反。ΔLa是减振力, 因攻角改变而产生的附加举力为:即ΔLa与飞行速度v成正比, 由此作出ΔLθ和ΔLa随v而增长的曲线, 在速度范围Ⅰ内, 减振力大于激振力, 因此, 机翼的振动是衰减的。

1.2 广义时频域滤波算法

针对飞机颤振引发的噪声干扰的飞机试飞试验信号调制与采集系统进行研究, 现将递推增广最小二乘算法与辅助模型相结合:用辅助模型的输出代替辨识模型信息向量中的未知真实输出项, 用估计残差代替信息向量中的不可测噪声项, 从而提出了基于辅助模型的递推增广最小二乘辨识方法。经过模型变换的递推增广最小二乘算法, 以其将分式等价方法用来简化噪声干扰随机系统的原理, 将获得近似简化模型用增广最小二乘算法估计其参数确定原系统参数。其提出的方法计算量小, 能给出高精度的参数估计和在线辨识, 现简述如下:

在上述公式中, { (t) ) 和{ () ) 分别为系统的输入和输出序列, {u () ) 为不相关随机白噪声序列 (不可测) 和零均值, 其中 (z) , B () 和D () 均为单位后移算子的多项式zy (t) =v (t一1) ], 现在分析下面的公式

设t≤0时, () =0, y (t) =0, v (t) =0, 且阶次n。, n6和nd为已知, 递推最小二乘辨识方法给出的参数估计在随机系统 (1) 中呈现有偏状态, 而非方程误差模型 (ARX模型) (1~31.当Df) =1时, 则式 (1) 会退化为输出的误差模型, 当D () 是上述定义的非零次多项式时, 如果其偏差补偿方法和辅助变量方法不能给出噪声模型的参数估计, 则辅助模型辨识方法无法给出无偏估计。例如在式 (1) 两边同乘以 () , 就演变成下列熟知的ARMAX模型:

递推增广的最小二乘 (RELS) 算法能辨识这个模型, 但是需要估计更多的参数 (原系统只有n++nd个参数, 变换后的模型包含2n+nb+nd个参数) , 增加了算法的计算量 (得到了A (z) D (z) 的估计, 还需附加计算D (z1的估计) 在输出误差模型辨识领域 (Df) =1时, 则文f111采用长除法将有理分式B (z) /A (z) 展开成无穷级数 (无限脉冲响应模型 (IIR) ) , 再用有限脉冲响应 (FIR) 来近似IIR模型f这种方法称为有理分式等价方法的相关技术, 提出依FIR模型阶次递增的参数估计算法, 动态确定FIR模型阶次, 最终获得FIR模型参数确定A (z) *DB (z) 的参数。

2 试飞试验

2.1 试飞试验中的飞行技术指收

确保飞行安全的系统分析和试飞需满足两个条件: (1) 在等高度和等数线上所求得飞机极限速度包线的所有点上, 提高15毫当量空速空不会发生颤振、发散、嗡鸣、气动热弹性及其它弹性不稳定现象。 (2) 在所有高度上, 直到极限速度时, 任何危险颤振模态的阻尼系数应不小于0.0 3。颤振试飞探索的是飞机的右边界极限, 由于新支线不能在平飞状态下达到最大M (马赫) 数, 需通过多次俯冲才能获得相应的边界数据, 从而增加了试飞的风险性, 颤振试飞对试飞员的技术水平有很高的要求, 飞机需在最大飞行M数达到0.9 0 4的良好状态下扩展飞行包线, 在控制飞行的M数要严格达到±0.005的误差标准。

2.2 颤振试飞

本次课题共进行了100架次的颤振研制试飞, 分别在3500米、6400米、8000米、10000米4个高度的37个颤振试验点上进行了试飞, 最大俯冲飞行M数达到0.889, 瞬间最大飞行M数达到0.904, 试飞识别模态达到19种, 而一般新机试飞通常只有1至2种。试飞结果表明, ARJ21-700飞机在各个颤振试验点上飞行平稳, 响应正常, 未出现颤振不稳定现象, 与颤振理论分析结果一致, 试飞取得圆满成功。100架飞机在加装拖锥后再次升空进行颤振试飞。试飞时, FAA和CAAC代表在试飞监控大厅进行了全程监控。试飞后, FAA和CAAC代表认真查看了试飞数据, 特别对拖锥与大气机的数据进行了比对, 结果两组数据无明显差异性 (P<0.05) , 整个试飞过程顺利, 效果满意。

随着广义时频域滤波算法Morlet小波对扫频激励及其响应进行时频研究的深入和应用, 发现利用小波的局部化时其频特性和奇异检测对平稳或非平稳随机信号具有去噪处理的功能, 在结构动力系统的时域响应特性和小波包分析的频率空间剖分特性的基础上进行一种基于虚拟响应信息提取的信号去噪新方法, 显示以地脉动响应这种低信噪比信号的方法有较好的去噪效果。

摘要：本文以飞机颤振试飞试验信号噪声过大的问题为契点, 通过对广义时频域滤波算法Morlet小波对扫频激励及其响应进行时频分析, 利用该类信号聚焦于时频域特定区域的特性能有效提取真实响应信号达到信噪分离的功能在飞机试飞试验信号调制与采集系统中的应用分析, 研究了一套适用于噪声环境的飞机颤振模态参数辨识方法以减小噪声对辨识结果的影响, 设计一种针对扫频激励的具有扫频信号及其响应在时频域分布较为集中的频滤波器, 以有效去除噪声。

关键词：飞机颤振,广义时频滤波,试飞试验信号,调制与采集系统

参考文献

[1]冯元桢著, 冯钟越等译.空气弹性力学引论.北京国防工业出版社, 1963 (Y.C.Fung, An Introduction to the Theory of Aeroelasticity, John Wiley&Sons, New York, 1955.) :20～30

[2]H.W.伏欣著;沈克扬译.气动弹性力学原理.上海:上海科学技术文献出版社, 1982 (H.W.F rsching, Grundlage derAeroelastik, Springer-Verlag, Berlin, 1974.) :65～70

12.信号与系统B辅导资料 篇十二

提示：

1、本辅导资料务必学会解题方法。

2、考试内容与本辅导内容知识点完全一致，解题方法、题型完全一致，但没有本辅导资料上的题目，是对本辅导资料的题目变数得到。故需要参加重考的同学认真练会、弄懂辅导资料上每一道题。

第一章

1、一LTI系统，当输入为时，输出为，则当输入为时，输出为（）

2、（）。

解析：利用公式：

第二章1、1、冲激响应与阶跃响应的关系：

一个LTI连续系统，当其初始状态为0时，由所引起的响应称为（阶跃响应）。

2、（）。

解析：利用公式：

第三章

1、卷积和的结果为（）。

解析：利用公式：的周期为（5）。

解析：利用公式：的周期若为有理数,则其周期为.上式，所有周期为5

第四章

1、周期信号的频谱特点是离散性、谐波性、收敛性三大特点。两谱线之间的间隔为，其中T为周期信号的周期。

2、频谱函数的傅里叶反变换（）

解析：

3、无失真传输是指如果系统的输出信号与输入信号相比，只有幅度的大小和出现时间的先后不同，而没有波形上的变化。

4、话音信号最大频率为4000Hz，若对话音信号进行时域抽样，使频谱不发生混叠的奈奎斯特频率为（8000）Hz。

5、已知波形图如图所示，求其傅里叶变换。

6、如已知信号的傅里叶变换为，求信号的傅里叶变换。

解：

由已知，由时移特性有，由尺度变换性质，有

故，由频移性质，得

第五章

1、信号的单边拉普拉斯变换（）

解析：利用公式：，2、已知，则（2）

解析：利用公式：

3、极点和零点的概念。

4、6、求的原函数。

解：

第六章

1、已知一序列的Z变换的收敛域为，则该序列为（）

A、有限长序列

B、反因果序列

C、双边序列

D、因果序列2、3、已知，且为因果序列，求及对应的收敛域。

解：

13.信号与系统课设心得体会 篇十三

这学期开设的数字信号处理课程是信号与系统课程的延续，带着对信号与系统学习的兴趣，我满怀信心的开始了对数字信号处理这门课程的学习。

因为对信号与系统这门课程学习的还算透彻，，所以以为数字信号处理这门课程也应该不在话下，但事实上并非如此。信号与系统相对来说更倾向于对数学理论及公式的学习，需要理解的部分也较浅显易懂，计算也较简单，只是简单的接触并学习了一些信号的基本知识。而数字信号处理是信号知识的深化学习，既重理论又重实践，理解起来也相当困难，特别是对于一些以前没接触过的概念，学习起来真有点寸步难行。

课程设计在刚接触的时候感觉很难，但我们并没有被困难所吓倒。我们组的成员积极的复习课本上与用窗函数设计FIR低通滤波器的相关知识，又从图书馆借来有关Matlab语言及函数库的书籍，从中收获了不少知识，模糊的实验步骤渐渐清晰起来。为了使设计的实验更严谨完美，一周的时间我都充分的利用了起来，不仅是FIR滤波器的知识，也将课本复习了一遍，这不仅仅加强了我们对FIR滤波器知识的理解，也使后来的考试变得更有自信。

14.电气设备运行声波信号分析系统 篇十四

随着电力工业的科技进步, 电力系统中电气设备的检修体制和技术不断发展。但随着电力系统向高电压、大容量、互联网发展, 以及用电部门要求的提高, 对电力系统的安全可靠性指标的要求也越来越高, 这种沿用多年的计划检修体制暴露了严重缺陷, 如临时性维修频繁、盲目维修等, 这使得国家每年在设备检修方面耗资巨大。因此目前正在发展以状态监测为基础的状态检修。电力设备运行的在线监测是保证其可靠运行的重要技术手段, 而在线监测技术的开发, 可推动电力设备运行维护水平的提高, 减少维护人员的劳动强度。所以深入研究监测的新机理、开发相应的监测系统具有重要的学术意义和实用价值。

电力变压器是电力系统中重要的电力设备, 其运行状态好坏, 直接影响电网的安全运行。因此对电力变压器进行在线监测, 及时掌握其工作状态, 并能对其工作状态进行可靠的分析, 这一直是电力部门追求的目标。针对这一目标, 电力部门采取了多种变压器状态监测方法。但是这些方法常常采用的是接触检测技术, 目前高压电力设备的运行状态监测方法尚不够成熟, 许多难题源于高电压和强电磁场的存在。例如, 文献[1~3]提到的应用变压器绝缘油中气体和水分的在线监测中, 需要将传感器安置于变压器内, 存在因传感器接触变压器而影响其工作状态的问题。文献[4~5]提到的在变压器局部放电监测方法中, 由于变压器工作于强电磁干扰环境, 现场存在着广泛的电晕放电、开关动作产生的冲击以及相邻高压电气设备内部可能出现的局部放电等, 这是变压器局部放电在线监测所面临的主要干扰源。因此, 迫切需要找到一种更好的监测方法, 使其特征参数的采集无须接触电力变压器, 也不会受工作环境的高压及强电磁场的影响。

2 声波信号分析软件平台的选择

构造变压器声波信号在线监测系统, 基本的硬件确定以后, 就可以通过不同的软件实现不同的功能。在当今这个信息时代, 提高软件编程效率的关键是采用面向对象的编程技术。但是, 仅有面向对象的编程技术还是不够的。因为, 不可能让所有的人都去学习复杂的C++, 同时成为编程专家。因此, 需要一种简单而又有效的编程语言。目前国内外能够实现这种功能的软件不少。其中, 美国D S P公司的D A D I S P软件以实验后数据处理分析和表示见长;美国N I公司的系列虚拟仪器开发平台 (Lab VIEW、Lab Windows/CVI、Virtual B e n c h和C o m p o n e n t W o r k s) 、美国Q U A T E C H公司的D A S L a b软件包和惠普公司的V E E软件平台都是可以搭建变压器声波信号处理软件平台, 以图形化编程和界面灵活见长;华中理工大学的V I 9 8虚拟仪器系统和哈尔滨工业大学的仪器王以虚拟的单个仪器或仪器库见长。其中, 美国NI公司的L a b V I E W软件功能最为完善, 并且在欧美等发达国家应用也相当广泛。

L a b V I E W提供了一种简单、直观的图形编程方式, 把复杂、繁琐、费时的文本语言编程简化为工程师最熟悉的功能结构图的编程方式, 并且嵌入了非常丰富的应用函数。例如, 针对测试技术和仪器应用, L a b V I E W提供了多种仿真信号产生、测试信号分析和处理、数据采集函数。同传统的编程语言比, L a b V I E W图形化编程方式可以节省大量的程序开发时间, 而其运行速度却几乎不受什么影响。在声音领域的分析方面, 对声波信号的时域分析中, 涉及到多种运算方法, L a b V I E W时域分析模板提供了卷积, 相关计算, 移位运算, 积分, 微分等功能, 完全满足需要。对声波信号的频域分析中, 需要准确求取信号的频谱, L a b V I E W的频域分析模板提供了傅立叶变换, Hilbert变换, 小波变换, Hartley变换, 功率谱分析, 联合时域分析, 谐波分析等功能模块, 也完全满足声波信号的频域分析要求。

3 声波信号分析的算法

信号处理的目的通常有两个, 一个是信号的特征分析, 即获取信号的特征参数;另一个是信号变换, 即将信号由原形式变换为符合某种特定要求的形式。如果采用数字信号处理技术实现上述目的, 则数字系统部分表现为某种算法。与第一种目的对应的称为数字谱分析, 主要采用快速傅立叶变换分析信号或系统的频率特性, 分析的结果是一系列的特征参数。在本次设计中, 声波信号的处理和分析主要是用L a b V I E W进行编程分析。对声波信号的时域分析中, 需要计算声波的时域特征值, 涉及到多种运算方法, L a b V I E W时域分析模板提供了卷积, 相关计算, 移位运算, 积分, 微分等功能, 完全满足需要。对声波信号的频域分析中, 需要准确求取信号的频谱, L a b V I E W的频域分析模板提供了傅立叶变换, Hilbert变换, 小波变换, Hartley变换, 功率谱分析, 联合时域分析, 谐波分析等功能模块, 在本文中要重点用到快速傅立叶变换和数字滤波。

4 声波信号分析软件的实现

本设计的任务是基于L a b V I E W开发变压器声波信号分析软件, 并编制下列程序模块: (1) 声波信号的回放、显示模块; (2) 强度、频谱分析模块; (3) 突变发生时刻判别模块;并编制系统显示程序, 要求有良好的人机界面。处理过程如下:首先将实测变压器声波信号回放并显示到前面板的图形显示控件上, 然后随机地抽取一段测试信号进行时域分析提取时域的特征值, 还可以进行频域分析, 滤波分析, 功率谱分析。在对信号进行各种分析之前, 要进行加矩形窗处理, 得到有限长的序列信号。还要在任意抽取的数据段上观察分析变压器声波以外的成分, 即判断突变发生时刻的奇异性噪声成分。

5 结语

应用声波信号分析对变压器运行状态时实监测进行了有益探讨, 为应用声波信号分析电力设备的运行状态打下了基础。由于目前还缺乏大量的原始声波数据, 系统能识别的故障种类有限。下一步工作将逐步积累电力设备的故障时的数据, 为变压器故障专家诊断系统做准备。随着声波信号的故障数据库的建立, 这种方法必然可以会更加广泛的应用到实际中, 将在电气设备运行状态的在线监测中起重要的作用。

摘要：变压器是电力系统中重要的电气设备, 其运行状况的好坏直接影响着系统的安全运行。借鉴有经验工作人员的感官经验, 研究了变压器运行状态变化与声波特征变化之间的内在联系, 提出了一种基于声波分析的变压器运行状态监测的新方法, 并开发了变压器运行状态监测系统。此方法适用于设备的状态维修方式, 是变压器状态监测的一种有效手段。

关键词：变压器声波,LabVIEW,在线监测

参考文献

[1]游荣文.变压器早期故障在线监测[J].福建电力与电工, 2003, 3.

[2]黄建华.变电站高压电气设备状态检修的现状及其发展[J].电力系统自动化, 2001, 25 (16) :56～61.

[3]王志娟, 金秀慧.基于LabVIEW的信号分析处理系统[J].山西电子技术, 2006, 5.

[4]高国华, 张永忠.基于声卡的便携式齿轮箱故障诊断系统开发[J].计算机工程与设计, 2004, 3.