我们在学习阶跃信号与冲激信号之前,我们首先要知道什么是奇异信号?

  •  什么是奇异信号?

解释:函数本身有不连续点(跳变点)或其导数与积分有不连续点的一类函数统称为奇异信号或奇异函数。而我们下面所要介绍的单位斜变信号、单位冲激信号、单位阶跃信号、冲击偶信号都属于奇异信号。

python模拟阶跃信号时域响应_阶跃信号

  • 什么是单位斜变信号?

解释:斜变信号又称为斜坡信号或斜升信号。这是指从某一时刻开始随时间正比例增长的信号。如果增长的变化率是 1 ,就称为单位斜变信号。

其表达式为:

python模拟阶跃信号时域响应_冲激信号_02

,波形为:

python模拟阶跃信号时域响应_冲激信号_03

当信号 R(t) 延迟 t0 个单位时,我们可以得出下图所示的波形,在这里我们对信号的移位不称为移位,称为信号延迟了 t0 个单位。 

则延迟的信号表达式为:

python模拟阶跃信号时域响应_python模拟阶跃信号时域响应_04

,波形为:

python模拟阶跃信号时域响应_阶跃信号_05

  •  什么是单位阶跃信号?
解释:单位阶跃信号的表达式为:

python模拟阶跃信号时域响应_python模拟阶跃信号时域响应_06

,对于在跳变点 t=0 处而言,函数值未定义,或在 t=0 处规定函数值为 u(0) = 1/2 。

其波形如下图所示:

python模拟阶跃信号时域响应_未定义_07

当信号

u(t)

延迟

t0

个单位时,我们可以得出下图所示的波形,其延迟之后的表达式为

python模拟阶跃信号时域响应_python模拟阶跃信号时域响应_08

    ,

t0>0 

:

python模拟阶跃信号时域响应_类函数_09

我们在该们课中,也会经常见到另一种用阶跃信号所构成的信号,其被称为门函数,又被称为矩形窗函数。其表达式为:

python模拟阶跃信号时域响应_python模拟阶跃信号时域响应_10

其波形为:

python模拟阶跃信号时域响应_python模拟阶跃信号时域响应_11

单位阶跃信号还被用来表示另外一种函数,被称为符号函数,写作

sgn(t) 

定义如下所示:

python模拟阶跃信号时域响应_阶跃信号_12

符号函数又可以被阶跃函数来表示:

python模拟阶跃信号时域响应_类函数_13

  •  什么是单位冲激信号?

解释:冲激函数可由不同的方式来定义,它是一个“面积”等于1的理想化了的窄脉冲。也就是说,这个脉冲的幅度等于它的宽度的倒数。当这个脉冲的宽度愈来愈小时,它的幅度就愈来愈大。当它的宽度按照数学上极限法则趋近于零时,那么它的幅度就趋近于无限大,这样的一个脉冲就是“单位冲激函数”。在实际工程中,像“单位冲激函数”这样的信号是不存在的,至多也就是近似而已。

我们通过对矩形脉冲信号推导可以得到冲激信号。设矩形脉冲信号的表达式为:

python模拟阶跃信号时域响应_python模拟阶跃信号时域响应_14

其波形为:

python模拟阶跃信号时域响应_python模拟阶跃信号时域响应_15

 当我们将 

python模拟阶跃信号时域响应_python模拟阶跃信号时域响应_16

 时,保持其面积为

1

,则脉宽将降低,脉冲高度将趋于无穷大,此极限情况即为单位冲激函数。

python模拟阶跃信号时域响应_阶跃信号_17

则其表达式可以表示为: 

python模拟阶跃信号时域响应_python模拟阶跃信号时域响应_18

波形图为: 

python模拟阶跃信号时域响应_类函数_19

 对于冲激函数而言,只有在 t=0 点有一“冲激”,在 t=0 点以外各处,函数值都是零。

上面是由矩形脉冲函数来对冲激函数进行定义的,也可以用另外的函数来进行定义,下面是所用的函数对冲激函数进行定义:

python模拟阶跃信号时域响应_类函数_20

 但是对于抽样信号而言,当 K 越大时,函数的振幅也就越大,且离开原点时函数振荡越快,衰减越迅速。

下面分别表示了各个脉冲信号演变为冲激函数:

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 当然,还有一种是狄拉克函数对冲激函数定义:

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冲激函数为偶函数。