淺談信號與系統基礎

李明鑫 郭銳 沈陽工學院信息與控制學院

現代社會飛速的發展電子設備，使手機成為人們生活的必需品。手機可以實現空間距離的傳輸與外界進行聯系，通過手機傳輸的信號可以是圖片、文字、語音及視頻等，來獲取和傳遞各種信息。

1 信號

從某些角度講，信號是信息的運載工具也就是載體，而信息才是他人想要了解某種事物的特性。信號可以是獲取的工具、傳輸的載體、分析的數據、處理的判讀，從某中意義上來講信號就是用來傳遞信息、傳遞數據的一種物理形式。

在客廳里，人們通過觀看電視聽到得語音信號及看的的圖像信號，每個人會根據自己的主觀意識從自己所獲取的信息中進行提取；用手敲打西瓜并分析接受到的信號判斷出西瓜的成熟度；通過眼睛判斷物體遠近的信號來控制動作處理并傳遞相應的信息。這些信號可以是通過感官直接獲取在經過大腦對所接收到信息進行分析和判斷，從獲取信號中刪選出重要的信息。

2 信號與信號分析

在獲得信號中因環境的不同可能使信息中摻雜著噪聲或干擾，這就對信號處理提出來相應的要求，要對所獲取的信號進行波形分析和信息源計算從而提取想要獲得的信息。掌握信號分析、信號處理是從信號中獲取信息的前提，在這個過程中需要引入電子系統和計算機技術對信號進行處理。當然信號中所包含的信息有沒有用不能經過片面的判斷，比如在軍事戰斗中信號往往是被施加干擾的在獲取信號中可能成為噪聲信號，所以因環境而異對信號進行處理。

組成車輪轉動主要部件有軸心、內外圈、滾珠等等，對旋轉的軸承進行監控時，假設沒有受到破壞和磨損的軸承震動信號為圖1所示，軸承出現劃痕和破壞的軸承震動信號為圖2所示.可以直觀的看到經過劃痕和破壞的軸承震動信號具有脈動性。

圖1 軸承脈動穩定圖

圖2 軸承脈動非穩定圖

面對這種情況，可以采用以下方式對上述的兩個信號進行分析。從波形上可以直觀的看到這兩個軸承處在不同的狀態，所以要引入一個計算信號的峰值因子來判斷軸承內部是否受到了破壞、劃痕或其他情況。峰值因子在表達式中等于信號峰值除以信號有效值，可以通過此公式來判斷信號問題所在。一個好的軸承震動信號峰值因子大約保持在2.5-3.5超過這個區間的一般被測物體的必然存在一定的問題，若超過7那么被測物體已經嚴重受到破壞。要想進一步的知道問題所發生的部位需要在進行檢測分析其頻譜信號。

對信號的分析所涉及的內容極多，需要掌握信號分析、信號檢測、信號環境研究、信號處理綜合技術，信號分析主要任務就是通過數學建模對信號的特性進行深究對信號分析運算加以信號描述，信號處理綜合是因地制宜的對信號進行分段研究提取相應的信號。

3 信號的描述

對于信號的描述可以采取以下辦法：可以用單個變量的函數也可以用多個變量的函數來表示信號，這些變量可以作為信號的載體變量可以是時間、波長、脈沖間隔等等物理量。對于單個變量的函數自變量稱為一維自變量信號，對于多個變量的函數一般用波形圖也俗稱為二維波形。在實際研究信號問題中，黑白照片的質量光線是隨著空間光源的變化而變化，研究時極其復雜因此要引入二維自變量繪制波形圖來分析信號。

根據信號表現的特征及其存在形式可以分為以下幾類：若在有限的時間內信號呈現穩定波動，若除過該區間以外信號消失則稱為時限信號，若除過該區間以外信號依然存在則稱為無時限信號。也可以根據信號自變量在有效期內是連續還是斷續進行劃分，若信號自變量是連續的則為連續信號，若信號自變量是斷續的、離散的則為離散時間信號。按信號是否有用進行劃分確定性信號和隨機信號，在選取的任意一段時間內信號都有值并且穩定則稱為規則性信號，若在選取的任意一段時間內信號都沒有值并且確定的幅值則稱為隨機信號。

為了滿足一定的需求，將測量信號使之通過單位電阻使之轉換成能量或功率進行分析，此類方式稱之為能量信號和功率信號。對于信號的分類還有周期信號和非周期信號，歐對稱信號和奇對稱信號，變化快信號和變化慢信號等等。

4 結語

不同信號捕獲的方式也不一樣，信號頻率、傳播方式、特點及用途也不一樣。面對信號時首先對其進行分析歸類研究，利用信號分析方法和手段進行分析。要想對一段信號進行特性分析還需掌握通信原理、信息論與編碼等等更多的知識。