第一章绪论 11现代信号处理的内容和意义 随着科学技术的飞速发展,人类步入了信息时代。信息反映了一个物理系统的状态或特 性,是自然界、人类社会和人类思维活动中普遍存在的物质和事物的属性。一个物理系统的 状态或特性是以各种物理量的性质、数量及其相互函数关系或信号来表达的。我们可接触或 观察到的信号是传载信息的物理量,是信息的表现形式23。信号的类型多种多样,广义而言, 各种文字、语言、图像、电码、古长城上的峰火、海军用的旗语、灯语等都是常用的信号。 信号处理就是运用数学或物理的方法对信号进行各种加工或变换。其目的是滤除混杂在信号 中的噪声和干扰,将信号变换成易于识别的形式,便于提取它的特征参数。因此,信号处理 的本质是信息的变换和提取。从某种意义上说,信号处理类似于“沙里淘金”的过程:虽然 它并不能増加信息量(不能增加金子的含量),但是可以把信息(金子)从各种噪声、干扰 的环境中(数量巨大的散落沙子中)提取出来,变换成可以利用的形式(如金条等)。如果 不进行这样的变换,信息虽然存在,但却是无法利用的,这正如散落在沙中的金子无法直接 利用一样。目前信号处理已经成为了现代科学技术的支柱之一,已广泛应用到人类生产和生 活的各个方面。 人的感官每天要直接或间接地接受大量的外界事物,通过大脑有选择、有区别地对接受 到的信号进行处理。这一处理就是人类的思维活动,处理得到的信息就是人类对自然界、人 类社会及事物运动规律的认识。系统化的认识就形成了我们的知识。在日常生活和各项事业 中,人们不但要把大量的信息传递出去,同时也千方百计地获取大量的信息。信息的提取就 要借助各种信号获取方法以及信号处理技术。例如,医生要取得一个病人是否有心脏病的信 息,往往先让病人做一个心电图。心电图实质上是一种与人的心脏跳动有关的生物电位信号。 医生根据他的专业知识对此心电信号做出分析与处理,才能得到是否有病的信息。再如,对 于飞机这样一个大型复杂系统,驾驶员要获得飞机的飞行状态与发动机的工作状态信息,就 要对飞行高度、飞行速度、航向、温度、压力、振动等信号进行处理,再结合一定专业知识 才能最终取得到飞行是否正常这一信息 信号处理与分析技术是科学研究的重要手段,同时也是工业领域的一个重要基础技术 而且发挥着越来越大的作用。随着信息化的发展,信息技术不断地渗透到科学研究的各个领 域中。科学实验、测试信号的处理、工业生产中自动化生产线的测控等都是以信号处理为基 础的。各种新型材料的性能试验、新设备的研制、新工艺新方法的试验都建立在对测试信号 正确和有效的处理和分析的基础之上。高自动化和智能化的机电一体化产品越来越多,他们 的设计、试验和运行更离不开信号处理。在各种现代装备系统的制造与实际运行工作中,信1 第一章 绪论 1.1 现代信号处理的内容和意义 随着科学技术的飞速发展，人类步入了信息时代。信息反映了一个物理系统的状态或特 性，是自然界、人类社会和人类思维活动中普遍存在的物质和事物的属性[1]。一个物理系统的 状态或特性是以各种物理量的性质、数量及其相互函数关系或信号来表达的。我们可接触或 观察到的信号是传载信息的物理量，是信息的表现形式[2,3]。信号的类型多种多样，广义而言， 各种文字、语言、图像、电码、古长城上的峰火、海军用的旗语、灯语等都是常用的信号。 信号处理就是运用数学或物理的方法对信号进行各种加工或变换[3] 。其目的是滤除混杂在信号 中的噪声和干扰，将信号变换成易于识别的形式，便于提取它的特征参数。因此，信号处理 的本质是信息的变换和提取。从某种意义上说，信号处理类似于“沙里淘金”的过程：虽然 它并不能增加信息量（不能增加金子的含量），但是可以把信息（金子）从各种噪声、干扰 的环境中（数量巨大的散落沙子中）提取出来，变换成可以利用的形式（如金条等）。如果 不进行这样的变换，信息虽然存在，但却是无法利用的，这正如散落在沙中的金子无法直接 利用一样。目前信号处理已经成为了现代科学技术的支柱之一，已广泛应用到人类生产和生 活的各个方面。 人的感官每天要直接或间接地接受大量的外界事物，通过大脑有选择、有区别地对接受 到的信号进行处理。这一处理就是人类的思维活动，处理得到的信息就是人类对自然界、人 类社会及事物运动规律的认识。系统化的认识就形成了我们的知识[1]。在日常生活和各项事业 中，人们不但要把大量的信息传递出去，同时也千方百计地获取大量的信息。信息的提取就 要借助各种信号获取方法以及信号处理技术。例如，医生要取得一个病人是否有心脏病的信 息，往往先让病人做一个心电图。心电图实质上是一种与人的心脏跳动有关的生物电位信号。 医生根据他的专业知识对此心电信号做出分析与处理，才能得到是否有病的信息。再如，对 于飞机这样一个大型复杂系统，驾驶员要获得飞机的飞行状态与发动机的工作状态信息，就 要对飞行高度、飞行速度、航向、温度、压力、振动等信号进行处理，再结合一定专业知识 才能最终取得到飞行是否正常这一信息。 信号处理与分析技术是科学研究的重要手段，同时也是工业领域的一个重要基础技术， 而且发挥着越来越大的作用。随着信息化的发展，信息技术不断地渗透到科学研究的各个领 域中。科学实验、测试信号的处理、工业生产中自动化生产线的测控等都是以信号处理为基 础的[3]。各种新型材料的性能试验、新设备的研制、新工艺新方法的试验都建立在对测试信号 正确和有效的处理和分析的基础之上。高自动化和智能化的机电一体化产品越来越多，他们 的设计、试验和运行更离不开信号处理。在各种现代装备系统的制造与实际运行工作中，信