信号分析与处理答案第二版HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】第二章习题参考解答求下列系统的阶跃响应和冲激响应。
(1)解当激励为时，响应为，即：由于方程简单，可利用迭代法求解：，，…，由此可归纳出的表达式：利用阶跃响应和冲激响应的关系，可以求得阶跃响应：(2)解 (a)求冲激响应，当时，。
特征方程，解得特征根为。
所以：…(2.1.2.1)通过原方程迭代知，，，代入式(2.1.2.1)中得：解得，代入式(2.1.2.1)：…(2.1.2.2)可验证满足式(2.1.2.2)，所以：(b)求阶跃响应通解为特解形式为，，代入原方程有，即完全解为通过原方程迭代之，，由此可得解得，。
所以阶跃响应为：(3)解(4)解当t>0时，原方程变为：。
…(2.1.3.1)…(2.1.3.2)将(2.1.3.1)、式代入原方程，比较两边的系数得：阶跃响应：求下列离散序列的卷积和。
(1)解用表格法求解(2)解用表格法求解(3)和如题图2.2.3所示解用表格法求解(4)解(5)解(6)解参见右图。
当时：当时：当时：当时：当时：(7) ，解参见右图：当时：当时：当时：当时：当时：(8) ，解参见右图当时：当时：当时：当时：(9) ，解(10)，解或写作：求下列连续信号的卷积。
(1) ，解参见右图：当时：当时：当时：当时：当时：当时：(2) 和如图2.3.2所示解当时：当时：当时：当时：当时：(3) ，解(4) ，解(5) ，解参见右图。
当时：当时：当时：当时：(6) ，解(7) ，解(8) ，解(9) ，解试求题图示系统的总冲激响应表达式。
解已知系统的微分方程及初始状态如下，试求系统的零输入响应。
(1) ；解，，(2) ；，解，，，，可定出(3) ；，解，，，可定出某一阶电路如题图所示，电路达到稳定状态后，开关S 于时闭合，试求输出响应。
解由于电容器二端的电压在ｔ＝０时不会发生突变，所以。
根据电路可以立出ｔ＞０时的微分方程：，整理得齐次解：非齐次特解：设代入原方程可定出Ｂ＝２则：，积分电路如题图所示，已知激励信号为，试求零状态响应。
解根据电路可建立微分方程：当时：由可定出，根据系统的时不变性知，当时：当时：求下列离散系统的零输入响应。
(1) ；，解可定出，由，，(2) ；，解由，，可定出.(3) ；，，解特征方程，，由可定出求下列离散系统的完全响应。
(1) ；解齐次方程通解：非齐次方程特解：代入原方程得：由可定出(2) ；，解齐次方程通解：非齐次方程特解：代入原方程定出由可定出试判断下列系统的稳定性和因果性。
(1)解因果的；稳定的。
(2)解因为冲激响应不满足绝对可和条件，所以是不稳定的；非因果的。
(3)解稳定的，非因果的。
(4)解不稳定的，因果的。
(5)解不稳定的，因果的。
(6) (为实数)解时：不稳定的，因果的；时：稳定的，因果的；时：不稳定的，因果的。
(7)解不稳定的，非因果的。
(8)解稳定的，非因果的。
用方框图表示下列系统。
(1)(2)(3)* 根据系统的差分方程求系统的单位脉冲响应。
(1)解当时：,由原方程知当时：，由此可定出(2)解当时：齐次方程的通解为，由原方程迭代求解可得为：由此可以定出* 根据系统的微分方程求系统的单位冲激响应。
(1)解当时：，，代入原方程可确定(2)解当时：代入原方程，比较两边系数得：* 试求下列系统的零输入响应、零状态响应、强迫响应、自由响应。
(1) ；，，解 (a)求强迫响应：假设特解为：代入原方程，可定出；则强迫响应(a)求自由响应：利用冲激平衡法可知：可定出；所以完全解形式：，由定出即完全响应为：所以自由响应为：(b)求强迫响应：假设特解为：代入原方程，可定出；则强迫响应(c)求零输入响应：由可定出(d)求零状态响应零状态响应＝自由响应＋强迫响应－零输入响应＝综上所求，有：(2) ；，，解法一用z变换求解。
方程两边进行z变换，则有：解法二：时域解法。
求强迫响应：当时：即为常值序列，设特解为，代入原方程可定出当时：仅在激励作用下，由原方程知，即：特解在时均满足方程。
求自由响应：完全解：由经迭代得：由可定出完全解中系数为：则自由响应分量为：零输入响应：由可以定出：零状态响应：* 试证明线性时不变系统具有如下性质：(1) 若系统对激励的响应为，则系统对激励的响应为；(2) 若系统对激励的响应为，则系统对激励的响应为。
证(1) 已知，根据系统的线性试不变性有：；令，则有：证(2) 已知，根据系统的线性试不变性有：令则，所以证毕。
* 考察题图(a)所示系统，其中开平方运算取正根。
(1) 求出和之间的关系；(2) 该系统是线性系统吗，是时不变系统吗？(3) 若输入信号是题图(b)所示的矩形脉冲(时间单位：秒)，求响应。
解 (1) 由系统框图可得(2) 由输入一输出关系可以看出，该系统不满足可加性，故系统是非线性的。
又因为当输入为时，输出为），故系统是时不变的。
(3) 由输入一输出关系，可以求得输出为图示波形。
* 一个线性系统对的响应为，(1) 该系统是否为时不变系统？(2) 该系统是否是因果系统？(3) 若 a)；b)，求该系统对每个输入的响应。
解(1)当时，输入为输出为当时，输入为输出为显然，是时变系统。
(2) 当时，如显然，响应出现于激励之前，所以是非因果系统。
(3) 因为不是LTI系统，所以输出响应不能用来计算。
对于线性时变系统，输出响应可求解如下：任意信号仍可分解为冲激函数的和，即有：因为（这里是的二元函数）由于系统为线性的，故有：对于此例有，当时：（注意：）即时：当第三章习题参考解答求下列信号展开成傅里叶级数，并画出响应相应的幅频特性曲线。
解 (a)解 (b)解 (c)解 (d)求题图所示信号的傅里叶变换。
解 (a)解 (b) 设，由傅氏变换的微积分性质知：解 (c)利用傅氏变换性质知：解 (d)或解 (e)解 (f)若已知，试求下列信号的傅里叶变换。
(1)解(2)解(3)解(4)解(5)解(6)解令则有：,，在题图(b)中取，将进行周期为的周期延拓，得到周期信号，如题图(a)所示；取的个周期构成截取函数，如题图(b)所示。
(1) 求周期信号傅里叶级数系数；(2) 求周期信号的傅里叶变换；(3) 求截取信号的傅里叶变换。
解 (1) 设单个三角波脉冲为，其傅里叶变换根据傅里叶级数和傅里叶变换之间的关系知：(2) 由周期信号的傅里叶变换知：(3) 因为绘出下列信号波形草图，并利用傅里叶变换的对偶性，求其傅里叶变换。
(1) (2)[提示：参见脉冲信号和三角波信号的傅里叶变换]解(1) ，根据对偶知：解(2)已知的波形如题图(a)所示，(1) 画出其导数及的波形图；(2) 利用时域微分性质，求的傅里叶变换；(3) 求题图(b)所示梯形脉冲调制信号的频谱函数。
解(1) 及的波形如下：(2)(3)求下列频谱函数的傅里叶逆变换。
(1)解(2)解(3)解(4)解(5)解………(3.7.5.1) 又………(3.7.5.2)由(3.7.5.1)、式可知：(6)解* 设输入信号为，系统的频率特性为，求系统的零状态响应。
解理想低通滤波器的幅频特性为矩形函数，相频特性为线性函数，如题图所示。
现假设输入信号为的矩形脉冲，试求系统输出信号。
解利用傅里叶变换的对称性，可以求得该系统的冲激响应为：，，令得：其中：在题图(a)所示系统中，采样信号如图(b) 所示，是一个正负交替出现的冲激串，输入信号的频谱如图(c)所示。
(1) 对于，画出和的频谱；(2) 对于，确定能够从中恢复的系统。
解(1)由此可以绘出及的频谱图如下：(2) 从的频谱可以看出，由恢复的系统如图所示:在题图(a)所示系统中，已知输入信号的傅里叶变换如题图(b)所示，系统的频率特性和分别如图(c)和图(d)所示，试求输出的傅里叶变换。
解：参见题图的标注。
* 在题图(a)所示的滤波器中，。
如果滤波器的频率特性函数满足：(，为常数)则称该滤波器为信号的匹配滤波器。
(1) 若为图(b)所示的单个矩形脉冲，求其匹配滤波器的频率特性函数；(2) 证明图(c)所示系统是单个矩形脉冲的匹配滤波器；(3) 求单个单个矩形脉冲匹配滤波器的冲激响应，并画出的波形；(4) 求单个单个矩形脉冲匹配滤波器的输出响应，并画出的波形。
解 (1)解 (2) 参见图(c)标注.又，即与（１）中有相同的函数形式。
解 (3) ，解 (4) (取ｋ＝１)[为一三角波]* 求题中和的功率谱密度函数。
解 (1) 参见3-1题。
首先推出周期信号功率谱密度函数的表达式：周期信号的傅里叶变换为：其中是傅里叶级数展开式系数。
考虑截取信号：根据频域卷积定理，截取信号的傅里叶变换为：当时，趋向于集中在处，其他地方为零值，所以功率谱密度函数为：由于，，所以：由此可求题给信号的功率谱密度函数：解 (2)* 求题中和的能量谱密度函数。
解设的能量谱密度函数为，。
设的能量谱密度函数为，。
* 信号的最高频率为500Hz，当信号的最低频率分别为0，300Hz，400Hz时，试确定能够实现无混叠采样的最低采样频率，并解释如何从采样后信号中恢复。
解(1) ，所以(2) ，，取当代入式中可知，只有当不等式才能成立：，所以采样频率只能取Hz。
(3) ，，当代入式中可知，当不等式成立：，所以最低采样频率。
* 正弦信号的振幅电平为V，现采用12位的量化器进行舍入式量化，求量化误差的方均根值和量化信噪比。
解，，；，；，；* 绘出，的波形，并证明它们在[0，1]区间上是相互正交的。
解由三角函数和符号函数的意义可绘出的波形如图所示。
显然：即在[0，1]区间上满足正交的定义。
* 求信号的自相关函数。
解当：当：第四章习题解答求下列离散周期信号的傅里叶级数系数。
(1)解，若取则：(2)解若取：则(3)解，若取则：(4) ，周期解(5)解(6)解已知周期信号的傅里叶级数系数及其周期，试确定信号。
(1) ，解，将此式与的定义式比较可知：若取则(2) ，解求下列序列的傅里叶变换。
(1)解(2)解令有：(3)解(4)解(5)解(6)解利用傅里叶变换的性质求下列序列的傅里叶变换。
(1)解(2)解(3)解(4)解已知的傅里叶变换为，求下列序列的傅里叶变换。
(1)解；(2)解，(3)解(4)解已知离散信号的傅里叶变换为，求其对应的时域信号。
(1)解(2)解和的定义式比较知：(3)解(4)解(5)解设两个离散LTI系统的频率响应分别为将这两个系统级联后，求描述整个系统的差分方程。
解将这两系统级联后，求描述整个系统的差分方程级联后系统的频率响应为：的频率响应为：比较后得知级联后系统的差分方程为：设一离散LTI系统的差分方程为，(1) 求该系统的频率响应；(2) 若系统的激励为，求系统的零状态响应。