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《测试技术与信号处理》习题答案-华科版

《测试技术与信号处理》习题答案第二章 信号分析基础1、请判断下列信号是功率信号还是能量信号: (1))()(10cos2∞<<-∞=t e t x tπ (2))()(||10∞<<-∞=-t e t x t【解】(1)该信号为周期信号,其能量无穷大,但一个周期内的平均功率有限,属功率信号。

(2)信号能量:⎰∞∞-==101)(2dt t x E ,属于能量信号。

2、请判断下列序列是否具有周期性,若是周期性的,请求其周期。

)8()(π-=n j e n x【解】设周期为N ,则有:8)88()()(N jNn j en x eN n x ⋅==+-+π若满足)()(n x N n x =+,则有1)8/sin()8/cos(8/=-=-N j N e jN即:k N π28/=,k N π16=,k = 0,1,2,3,… N 不是有理数,故序列不是周期性的。

3、已知矩形单脉冲信号x 0(t)的频谱为X 0(ω)=A τsinc(ωτ/2) ,试求图示三脉冲信号的频谱。

【解】三脉冲信号的时域表达式为:)()()()(000T t x t x T t x t x -+++=根据Fourier 变换的时移特性和叠加特性,可得其频谱:)]cos(21)[2(sin )()()()(000T c A e X X e X X T j T j ωωττωωωωωω+=++=-4、请求周期性三角波(周期为T ,幅值为0—A )的概率分布函数F(x)与概率密度函数p(x) 。

【解】在一个周期T 内,变量x (t )小于某一特定值x 的时间间隔平均值为:T Ax t i =∆ 取n 个周期计算平均值,当∞→n 时,可有概率分布函数:AxnT t n x F i n =∆=∞→lim)( 概率密度函数:Adx x dF x p 1)()(==t-τ/2 0 τ/2 -T T5、请求周期性方波的自相关函数。

(设周期为T ,幅值为0—A )【解】对周期函数,可取一个周期求自相关函数,但由于函数的不连续性,必须分段积分,如图:当2/0T ≤≤τ时(图a )])()()()([1)()(1)(222020⎰⎰⎰⎰⎰----⋅-+-⋅-+-⋅+⋅=+=T T T T TT T Tx Adt A dt A A dt A A Adt A T dt t x t x T R ττττττ 即:)41()(2TA R x ττ-=当T T ≤≤τ2/时(图b )])()()()([1)(23232/2/0⎰⎰⎰⎰-----⋅-+⋅-+⋅+-⋅=T T TT T T T x dt A A Adt A Adt A dt A A T R τττττ即:)43()(2TA R x ττ--=第三章 信息论基础知识1、某装置的正常工作温度保持在35—40℃之间。

在35 ℃以下时停止使用,等待升温;在40 ℃以上时,也停止使用,进行强制冷却。

已知25%的时间在35 ℃以下,5%的时间在40 ℃以上。

求以下三种生产报告所具有的信息量:(1)“不能使用”;(2)“能使用”;(3)“因为装置在冷却中不能使用”。

【解】(1)“不能使用”的情况所占时间为25% + 5%,故信息量为:74.13.0log )(2=-=a x I bit (2)“能使用”的情况所占时间为70%,其信息量为:51.07.0log )(2=-=b x I bit (3)“因装置冷却不能使用”所占时间为5%,其信息量:32.405.0log )(2=-=c x I bit2、即将举行甲—乙、丙—丁两场足球赛,根据多次交锋记录,甲—乙间胜球比例为8:2,丙—丁间胜球比例为5:5。

试比较两场球赛的不确定性。

你将选看哪一场比赛?为什么? 【解】甲-乙、丙-丁两场比赛的信源空间:2.08.0)()()](,[21x P x P x P X i =、5.05.0)()()](,[21y P y P y P X i =信息熵分别为:7219.02.0log 2.08.0log 8.0)(22=--=x H bit 15.0log 5.05.0log 5.0)(22=--=y H bit丙-丁比赛的不确定性大(信息熵大),势均力敌,胜负难测,一量赛完,所获信息量大,希望看。

3、某机器的故障率为6%,其原因分析为:机械方面的占32%,电气方面的占12%,材料方面的占56%。

考查“是机械故障”这一消息的信息量以及对于预先知道有故障的人得到“是机械故障”这一消息的信息量之间的差别。

【解】(1)事先不知道是否有故障的人得到“是机械故障”这一消息所获得的信息量:703.5)32.006.0(log )(2=⨯-=x I bit(2)事先知道有故障的人得到“是机械故障”这一消息所获得的信息量:684.1)32.0(log )(2=-=y I bit前者所获得的信息量大。

4、一帧黑白电视图像是由500行和600列的像点所组成,有10种不同的黑白亮度,如各种不同组合的图像出现的概率相等,问出现一种图像时其熵值多大(即确定性程度)?【解】根据题意,一幅图像有500×600个点,每个点都有均等机会出现10种不同的黑白亮度,所以共有10500×600种可能的电视图像,每种图像出现的机会相等,其概率为P=1/10500×600,故系统的熵为:6600500122210)10(log log 1log 1)(≈===⨯=∑Ni N NN x H bit第四章 信息转换与传输1、有两个温度计,一个响应快,能在5秒钟内测完,但精度较差,只有3℃;另一个响应慢,需要1分钟才能测完,但精度高,达到1℃。

温度测定范围都在20~52℃之间。

问哪一个温度计能提供更多的信息?【解】被测温度是一个均匀分布的是x ,处于(20~52)℃(或a ~b )之间。

测量结果的示值为x d ,其误差也是均布的,分布区间为d ,它决定于仪表测量精度。

每测量一次所获得的信息量为:I =H (x )-H (d )式中H (x )是测量前被测量x 的熵;H (d )是测量后测量误差d 的熵,故有:32log )(log )(22=-=a b x H ;d d H 2log )(=用第一种温度计测量时,每测一次,单位时间内获得的信息量为:684.0)3log 32(log 51)]()([51221=-=-=d H x H C (bit/S )用第二种温度计测量时,每测一次,单位时间内获得的信息量为:12/1)1log 32(log 601)]()([601222=-=-=d H x H C (bit/S )2、已知一测量系统的频响函数为H(ω)=1/( j ω+1)。

试分析当测定信号x(t)=sint+sin3t 时,有无波形失真现象。

【解】计算过程(略)输出信号:)523sin(101)4sin(21)(ππ-+-=t t t y在所测频率范围内,存在幅值失真和相位失真现象,输出波型会发生畸变。

3、已知信道频率特性造成的信息熵的变化关系为:ωωωωd H x h y h aa20|)(|log 21)()(⎰+=,式中h (y )、h (x )分别表示输出与输入信号的熵;积分项是由于信道频率特性产生的熵的变化量。

试求信号通过具有如图所示特性的信道时熵的损失量,并讨论输入频率限制在ω1以内和ω2以内的情况。

【解】 (1)在ω1以内时,1|)(|2=ωH , 故损失的信息量为:0|)(|log 21)(02==⎰ad H h aωωωωω(2)在ω2以内时:)1log()1(21|)(|log 21)(212122ωωωωωωωωωω-+-+==⎰ad H h a可以看出,损失的熵决定于21ωω-的大小,其值越大,损失的熵也越大。

1230.51 2第五章 模拟信号分析1、已知余弦信号x 2(t )=cos ω0t 被三角脉冲x 1(t )做幅度调制,求调幅信号x a (t )=x 1(t )x 2(t )=x 1(t )cos ω0t 的频谱。

已知如图所示三角脉冲的Fourier 变换为:)4/(sin 2)(21ωττωc A X = 【解】=--+=)]()([21)(0101ωωωωωX X X a2、已知一理想低通滤波器,其|H (ω)|=1,ϕ(ω)=4×10-6ω,截止角频率ωc =6×105 rad/s 。

如果在输入端加一个12V 的阶跃信号作为激励,试求:(1)激励信号加入6μs 后滤波器输出信号的幅度;(2)滤波器输出信号上升到6V 时所需要的时间。

【解】(1)理想低通滤波器在阶跃信号激励下,其输出信号的幅值为:)]}(sin[121{)(00τωπ-+=t A t y c u因为:V A 120=,S 60104-⨯=τ,S rad c /1065⨯=ω,所以,t =6μs 时,)(23.10)(V t y u =(2)设输出上升到6V 时所需时间为t x ,则有:6)]}(sin[121{12)(0=-+=τωπx c u t t y求解得:)(10460S t x -⨯==τ第六章:数字信号处理1、已知周期单位脉冲序列为:∑∞-∞=-=n T nT t t )()(δδ,试求其与三角脉冲函数x (t )的卷积。

【解】∑∑∑∞-∞=∞-∞=∞-∞=-=-*=-*=*n n n T nT t x nT t t x nT t t x t t x )()]()([)]([)()()(δδδ此式表明,三角脉冲函数x (t )与周期脉冲序列的卷积仍然是一个周期序列,每个周期内的波形与原信号x (t )相同。

2、已知数字序列为{x (n )}={1,2,-1,3}。

(1)直接用DFT 求序列的频谱X (k ),再由求得的结果X (k )求其逆变换x (n ); (2)用FFT 方法按流程图求X (k ),再以所得X (k )利用IFFT 求x (n )。

【解】(过程略){X (k )}={5, 2+j , -5, 2-j }3、编写基2 FFT 运算子程序。

【解】(略)。

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