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  • 来自硬件男的《信号与系统》整理笔记

    问题一:什么是卷积?

    • 亲爱的学妹,这里我就不再和你重复了,已经在微信聊天里和你聊了这个问题的回答思路(课本定义、自己的理解、卷积的实际应用)

    问题二:什么是傅里叶变换?

    • 1811,有名叫傅里叶的数学家提交了一篇名为《热的传播》论文给科学院,他在论文中推导了热传导方程,并提出了傅里叶变换思想。当时的他肯定想不到,百年后,他会和牛顿一起成为学生阶级的头号敌人。(这里分个瓜给学妹,傅里叶特别迷信热学,他认为热学能治百病。在一个夏日,他把门窗关上,点起火炉,穿上厚衣服,然后自己被热死了)
    • 让我们继续,傅里叶变换最重要的思想是,它可以用来分析信号的成分以及!!!合成!!!信号。
    • 多个正余弦波叠加可以用来近似任何原始的周期函数(这是傅里叶变换的三角函数形式),我们该怎么理解这个叠加呢?比如,我们高中学过化学,在某些化学固体试剂的使用时候,我们需要自己称量需要的克数试剂。而天平与砝码就是我们必须的工具,任何克数我们都可以用基础的砝码来组合称重。在傅里叶变换中,正余弦波就是这些基础砝码,将正余弦波组合就可以用来近似各种函数(或者说信号)。
    • 这里我们再理解一个概念,就是频域。频域对我们来说,普遍都不容易理解,因为我们生活在一个随时间而变化的世界里。学妹去年买的碎花裙子,今年却不再流行了;学妹16岁喜欢的爱豆,现在似乎没那么火了;学妹早上买的豆浆,晚上的口味也没那么美味了。而这种种,是我们以时间为参照,来分析这个世界(即时域分析)。如果我们换个参照物呢?在时域里,万物都是变化的,在什么参照下,万物是否有不变的可能呢?我们把信号从由那些单一频率的信号合成角度分析(即频域分析)称为频域分析。上句话请学妹细品,细品,再细品。学妹,现在是否有点感觉?如果没有,那我们继续,别在意,傅里叶就是个渣男,祸害我们,浪费我们青春。

    问题三:什么是拉普拉斯变换?

    • 人类社会的进步似乎就是在发现问题与解决问题中前进。随着的计算机的普遍,工程师们发现傅里叶真的很好用(渣男真香?),但大家发现问题了,傅里叶并不具有普遍性,它得满足狄利赫里条件(即傅里叶变换条件),其中绝对可积条件让很多函数不能直接用傅里叶变换。任何问题在秃顶的工程师面前,都不足畏,因为已经没头发可以掉了。他们想到了一个good idea:把不满足绝对的可积的函数乘以一个快速衰减的函数,这样在趋于无穷时,原函数也衰减到零了,从而满足绝对可积。就是将不可积函数f(x)乘上e^(-at),再去做傅里叶变换。从某种意义上来说,拉普拉斯变换是傅里叶变换的补充。
    • 看到这里,可爱的学妹也许已经泪目。是的,拉普拉斯也是个渣男,世界怎么这么小!渣男怎么这么多!

    问题四:什么是系统?

    • 系统有很多很多,一块LM324运放是一个系统,一块飞行器控制电路板也是一个系统。有一个比喻很好,我们可以把系统理解为一个黑匣子,通过给黑匣子输入信号,由黑匣子的输出,去测评某些器件性能或者达到某种信号发生。也可以理解成,系统就是学妹化妆柜,输入信号就是学妹买的新款化妆品,学妹使用化妆柜,让自己变得美美的。学妹变得美美的结果就是系统的输出,就是化妆柜的输出。
    • 系统会有很多分类,会有很多用途,就像学妹有的柜子是用来化妆的,我们叫它“仙女美美柜”(即仙女美美系统);学妹有的柜子用来放裙子,我们叫它“仙女仙气裙柜”(即仙女仙气裙系统)。
    • 按照功能分类,就有调制解调系统、叠加系统、滤波系统等等;
    • 按照类别分类,就有线性系统、非线性系统、无状态系统等等;
    • 理解系统,最重要的是从宏观来看,从整体来看,去观察它的输入输出。

    问题五:什么是信号?

    • 从物理的角度来理解,信号是用来描述广范围的一种物理现象。比如说,2020迪奥品牌的口红特别受欢迎,很多女孩子都买它的口红,学妹也很喜欢,也购买了。大家都喜欢迪奥品牌这个现象,我们就可以理解为一种信号。商家接收到这种信号,就采取措施,进很多迪奥的货。(我为什么知道迪奥?百度女孩子最喜欢的口红品牌,第一个广告就是它)
    • 从数学的角度来理解,信号是有一个或多个变量的函数。我们在实际问题中,会处理这个函数(即信号),将它输入进我们的系统中,得到输出,达到我们的目的。
    • 在这里,我们去理解一个概念,什么是实信号,什么是复信号。数学发展的初期,数字的变换其实就是数轴上的平移。比如数字1,通过左移两个单位就成了数字-1。数学家们吃饱了,饭后聚在一起吹牛,吹着吹着发现,简单的“平移”就能是数字变化,这样显得数学不够高大上。有位吃得很饱且不愿意透露姓名的数学家提议,我们要不要把数字“旋转”一下。就这样复数就诞生了。
    • 怎么“旋转”呢?我们定义一个符号——j,让1*j,1每次乘以j,就逆时针旋转90度,如果它旋转两次,那就是-1了(1 * j * j = -1)。我没有直接解释什么是实信号,什么是复信号,希望学妹可以通过我的引子,得到自己理解的实信号、复信号。

    问题六:什么是抽样定理?

    • 为什么提到抽样定理呢?吴大正的《信号与系统》根本没有这个概念,但我认为这个概念很重要,它和信号、和系统、和传感器、和单片机还有通讯,都有或强或弱的联系。我想以通讯中的概念去解释这个定理。
    • 学妹给某位阳光帅气且不愿意透露姓名的学长打电话的时候,我们知道电话机发出的信号是PAM脉冲调幅,但在电话线路上传的不是话音,而是话音通过信道编码转换后的脉冲序列,在收端恢复语音波形。那么对于阳光帅气的学长语音信号,我们该如何转化成为一些列脉冲才能保证不失真呢?这时候,我们就需要取样了,每隔M毫秒对话音采样一次看看电信号振幅,把振幅转换为脉冲编码,传输出去,在收端按某种规则重新生成语言。最后,我们就可以听到阳光帅气学长的温柔声音了。这就是抽样定理。
    • 学妹,上面的这些内容,我主要是以理解的角度去写,并没有具体定义与公式,我想学妹可以很快找到这些定义、公式的知识。用文字去描述这些概念太难了,也想过做图来更加形象的解释,但画着画着自己就放弃了,学妹可以在b站上找些相关视频,配合起来可能更好。
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  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/anhui-first-handsome/p/12828093.html
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