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第二节 信号处理基础 2.1 检测信号的分类 2.2 时域分析和时域分析 2.3 随机信号处理 2.4 信号中的噪声和滤波 第61页，共92页，编辑于2022年，星期三 2.1 检测信号的分类 信号是随时间变化的物理量(电、光、文字、符号、图像、数据等)，可以认为它是一种传载信息的函数。 一个信号，可以指一个实际的物理量(最常见的是电量)，也可以指一个数学函数，例如： ，它既是正弦信号，也是正弦函数，在信号理论中，信号和函数可以通用。总之，我们可以认为， (1)信号是变化着的物理量或函数； (2)信号中包含着信息，是信息的载体； (3)信号不等于信息，必须对信号进行分析和处理后，才能从信号中提取出信息。 第62页，共92页，编辑于2022年，星期三 2.1 检测信号的分类 信号分析是将一复杂信号分解为若干简单信号分量的叠加，并以这些分量的组成情况去考察信号的特性。这样的分解，可以抓住信号的主要成分进行分析、处理和传输，使复杂问题简单化。实际上，这也是解决所有复杂问题最基本、最常用的方法。 信号处理是指对信号进行某种变换或运算(滤波、变换、增强、压缩、估计、识别等)。其目的是消弱信号中的多余成分，滤除夹杂在信号中的噪声和干扰，或将信号变换成易于处理的形式。 第63页，共92页，编辑于2022年，星期三 2.1 检测信号的分类 1．静态信号、动态信号 静态信号：是指在一定的测量期间内，不随时间变化的信号 动态信号：是指随时间的变化而变化的信号。 2．连续信号、离散信号 连续信号(又称模拟信号)：是指信号的自变量和函数值都取连续值的信号。 离散信号：是指信号的时间自变量取离散值，但信号的函数值取连续值(采样值)，这类信号被称为时域离散信号。如果信号的自变量和函数值均取离散值(量化了的值)，则称为数字信号。 以一定最小量值为量化单位，用被测量构成此量化单位多少倍的数字所表示的信号。 第64页，共92页，编辑于2022年，星期三 2.1 检测信号的分类 3．确定性信号、随机信号 确定性信号：可以根据它的时间历程记录是否有规律地重复出现，或根据它是否能展开为傅里叶级数，而划分为周期信号和非周期信号两类。周期信号又可分为正弦周期信号和复杂周期信号；非周期信号又可分为准周期信号和瞬态信号。 随机信号：根据一个试验，不能在合理的试验误差范围内预计未来时间历程记录的物理现象及描述此现象的信号和数据，就认为是非确定性的或随机的。 第65页，共92页，编辑于2022年，星期三 1.2 系统误差处理 1.2.1 系统误差的特点及常见变化规律 1.2.2 系统误差的判别和确定 1.2.3 减小和消除系统误差的方法 第29页，共92页，编辑于2022年，星期三 1.2.1 系统误差的特点及常见变化规律 系统误差的特点是其出现的有规律性，系统误差的产生原因一般可通过实验和分析研究确定与消除。由于检测仪器种类和型号繁多，使用环境往往差异很大，产生系统误差的因素众多，因此系统误差所表现的特征，即变化规律往往也不尽一致。 曲线1表示测量误差的大小与方向不随时间变化的恒差型系统误差； 曲线2为测量误差随时间以某种斜率呈线性变化的线性变差型系统误差； 曲线3表示测量误差随时间作某种周期性变化的周期变差型系统误差； 曲线4为上述三种关系曲线的某种组合形态，呈现复杂规律变化的复杂变差型系统误差。 第30页，共92页，编辑于2022年，星期三 1.2.2 系统误差的判别和确定 1 恒差系统误差的确定 （1）实验对比 （2）原理分析与理论计算 （3）改变外界测量条件 2 变差系统误差的确定 （1）残差观察法 （2）马利科夫准则 （3）阿贝－赫梅特准则 第31页，共92页，编辑于2022年，星期三 1 恒差系统误差的确定（实验比对） 对于不随时间变化的恒差型系统误差，通常可以采用通过实验比对的方法发现和确定。实验比对的方法又可分为标准器件法（简称标准件法）和标准仪器法（简称标准表法）两种。 以电阻测量为例，标准件法就是检测仪器对高精度精密标准电阻器（其值作为约定真值）进行重复多次测量，测量值与标准电阻器的阻值的差值大小均稳定不变，该差值即可作为此检测仪器在该示值点的系统误差值。其相反数，即为此测量点的修正值。 标准表法就是把精度等级高于被检定仪器两档以上的同类高精度仪器作为近似没有误差的标准表，与被检定检测仪器同时、或依次对被测对象（本例为在被检定检测仪器测量范围内的电阻器）进行重复测量，把标准表示值视为相对真值，如果被检定检测仪器示值与标准表示值之差大小稳定不变，就可将该差值作为此检测仪器在该示值点的系统误差，该差值的相反数即为此检测仪器在此点的修正值 第32页，共92页