信号分析与处理~上期末试卷A答案
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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。
数字信号处理期末试卷(A)一、填空题(每空1分, 共10分)1.序列的周期为。
2.线性时不变系统的性质有律、律、律.3.对的Z变换为,其收敛域为。
4.抽样序列的Z变换与离散傅里叶变换DFT的关系为。
5.序列x(n)=(1,-2,0,3;n=0,1,2,3), 圆周左移2位得到的序列为。
6.设LTI系统输入为x(n) ,系统单位序列响应为h(n),则系统零状态输出y(n)= 。
7.因果序列x(n),在Z→∞时,X(Z)= .二、单项选择题(每题2分, 共20分)1.δ(n)的Z变换是( ) A。
1 B.δ(ω) C.2πδ(ω) D.2π2.序列x1(n)的长度为4,序列x2(n)的长度为3,则它们线性卷积的长度是( )A. 3 B. 4 C. 6 D。
73.LTI系统,输入x(n)时,输出y(n);输入为3x(n—2),输出为() A。
y(n-2)B。
3y(n—2) C。
3y(n)D。
y(n) 4.下面描述中最适合离散傅立叶变换DFT的是()A。
时域为离散序列,频域为连续信号B.时域为离散周期序列,频域也为离散周期序列C。
时域为离散无限长序列,频域为连续周期信号D。
时域为离散有限长序列,频域也为离散有限长序列5.若一模拟信号为带限,且对其抽样满足奈奎斯特条件,理想条件下将抽样信号通过即可完全不失真恢复原信号()A。
理想低通滤波器 B.理想高通滤波器C。
理想带通滤波器D。
理想带阻滤波器6.下列哪一个系统是因果系统()A。
y(n)=x (n+2) B. y(n)= cos(n+1)x (n) C. y(n)=x (2n) D.y (n)=x (- n)7.一个线性时不变离散系统稳定的充要条件是其系统函数的收敛域包括( )A. 实轴B。
原点 C.单位圆 D.虚轴8.已知序列Z变换的收敛域为|z|>2,则该序列为()A.有限长序列B。
无限长序列C。
反因果序列D。
因果序列9.若序列的长度为M,要能够由频域抽样信号X(k)恢复原序列,而不发生时域混叠现象,则频域抽样点数N需满足的条件是()A。
120 信号与系统期末试题答案一、填空题(4小题,每空2分,共20分)1.线性 时变 因果 稳定2. 离散性 谐波性 收敛性3.)()(0t t k t h -=δ 0)()()(ωωϕωωj j j Ke e e H -==j H4.)()(11nT t f t f n T -∑+∞-∞=或二、简答题(5小题,共 25 分)1、解:该方程的一项系数是y(t)的函数,而y(2t)将使系统随时间变化,故描述的系统是非线性时变系统。
(每个知识点1分)(4分)2、解:当脉冲持续时间τ不变,周期T 变大时,谱线间的间隔减小,同频率分量的振幅减小(2分);当脉冲持续时间τ变小,周期T 不变时,谱线间的间隔不变,同频率分量的振幅减小(3分)。
(5分)3、解:信号通过线性系统不产生失真时,)()(0t t k t h -=δ0)()()(ωωϕωωj j j Ke e e H -==j H (每个知识点2分)(4分)4、解: 由于是二阶系统,所以系统的稳定性只需要其特征多项式的各系数大于零。
则本系统稳定的条件为:K-5>0(3分)和3K+1>0(3分).解之可得K>5(2分)。
(8分)5、解:香农取样定理:为了能从抽样信号 f s(t)中恢复原信号 f (t),必须满足两个条件:(1)被抽样的信号f (t)必须是有限频带信号,其频谱在|ω|>ωm 时为零。
(1分)(2)抽样频率 ωs ≥2ωm 或抽样间隔 mm S f T ωπ=≤21(1分) 。
其最低允许抽样频率m s f f 2=或m ωω2=称为奈奎斯特频率(1分),其最大允许抽样间隔mm N f T ωπ==21 (1分)称为奈奎斯特抽样间隔。
(每个知识点1分)(4分) 三.简单计算(5小题,5分/题,共25分)1.(5分)解:cos(101)t +的基波周期为15π, sin(41)t -的基波周期为12π 二者的最小公倍数为π,故())14sin()110cos(2--+=t t t f 的基波周期为π。
第二章习题参考解答2.1 求下列系统的阶跃响应和冲激响应。
(1) )()1(31)(n x n y n y =--解 当激励为)(n δ时,响应为)(n h ,即:)()1(31)(n n h n h δ+-=由于方程简单,可利用迭代法求解:1)0()1(31)0(=+-=δh h ,31)0(31)1()0(31)1(==+=h h h δ,231)1(31)2()1(31)2(⎪⎭⎫ ⎝⎛==+=h h h δ…,由此可归纳出)(n h 的表达式:)()31()(n n h n ε=利用阶跃响应和冲激响应的关系,可以求得阶跃响应:)(])31(2123[311)31(1)31()()(10n k h n s n n k nk nk ε-=--===+=-∞=∑∑(2) )()2(41)(n x n y n y =--解 (a)求冲激响应)()2(41)(n n h n h δ=--,当0>n 时,0)2(41)(=--n h n h 。
特征方程0412=-λ,解得特征根为21,2121-==λλ。
所以: n n C C n h )21()21()(21-+= …(2.1.2.1)通过原方程迭代知,1)0()2(41)0(=+-=δh h ,0)1()1(41)1(=+-=δh h ,代入式(2.1.2.1)中得:121=+C C0212121=-C C 解得2121==C C , 代入式(2.1.2.1):0,)21(21)21(21)(>-+=n n h n n …(2.1.2.2)可验证)0(h 满足式(2.1.2.2),所以:)(])21()21[(21)(n n h n n ε-+=(b)求阶跃响应通解为 n n c C C n s )21()21()(21-+=特解形式为 K n s p =)(,K n s p =-)2(,代入原方程有 141=-K K , 即34=K完全解为34)21()21()()()(21+-+=+=n n p c C C n s n s n s通过原方程迭代之1)0(=s ,1)1(=s ,由此可得13421=++C C134212121=+-C C 解得211-=C ,612=C 。
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。
信号分析与处理模拟试卷答案一. 填充题(每小题2分,共20分)1. 指信号能量有限,平均功率为零的信号。
2. ()()nn X z x n z∞-=-∞=∑3. 0()F ωω-4. 极点5. )(s F s n6. 响应信号与激励信号相比,只是响应大小和出现的时间不同,而无波形上的变化。
7. z z a z a-8. 没有外加激励信号的作用,只由起始状态所产生的响应。
9. 冲激响应,()h t 。
10.系统参数不随时间变化的系统。
二. 利用函数或变换性质求函数值(每小题4分,共12分)1. )()(ωωF j dtt df ↔ (1分))()(2)(2)()12()()())(()(ωω-ω'ω-ω-↔-∴ω'ω-ω-=ωωω↔F j F F dtt df t F F F j d dj dt t df t(1分)(2分)2. ()119dF s ds s s =-+ (1分) 91()()()t f t u t e u t -=- (2分)919()()()()1()(1)()t t tf t f t u t e u t f t e u t t---==-=- (1分)3.求函数1()2nu n 的Z 变换。
解:()1zu n z ↔- 1z > (1分)21()(1)z d z z nu n z dz z ⎛⎫ ⎪-⎝⎭↔-=- (2分) 21()22(1)znu n z ↔- 1z > (1分) 三、)(t f 的波形如图所示,请给出变换)22(t f -的步骤,试画出其波形。
(6分) 解:)]1(2[]2[)()(--→-→-→t f t f t f t f (3分)(3分)四.求像函数2()4(1)se F s s s -=+的拉氏反变换。
(12分)解: 1221()()4(1)4(1)s s se F s e F s e s s s s ---===++ 112121()4(1)A B B F s s s s s i s i==++++- (2分) 11211()04(1)4A sF s s s ====+ (2分) 1111()()4()8B s i F s s i s s i =+==-=-- (2分)2111()()4()8B s i F s s i s s i =-===-+ (2分)121111884()4(1)F s s s s s i s i==--++- 111()()cos ()44f t u t tu t =- (2分)11()(1)(1)s e F s f t u t -↔--1()[1cos (1)](1)4f t t t u t =--- (2分)五.已知)(2)(1t u tt f e -=,2()()(1)f t u t u t =--,求)()()(21t f t f t g *= (10分)解:121222212222(1)()()()()()(2)()[()(1)(2)()()()(1)(2)()(1)(2)11(1)()(1)(1)(2)22tt t t g t f t f t f f t d u u t u t d u u t d u u t d d u t d u t u t u t e e e e e e e ττττττττττττττττττττ∞-∞∞--∞∞∞---∞-∞------=*=-=----=----=--=----⎰⎰⎰⎰⎰⎰分分分分分六.已知像函数231)(2+++=z z z z X ,2>z ,求))(n χ (10分)解:12()1(2)2A A X z z z z z z ==+++ (2分) 0,2z z ==- 为单根 (2分)1022()1[]2()1[(2)]2z z X z A zz X z A z z ==-===+=-(2分)1()22(2)z X z z =-+ (2分) 11()()(2)()22n n n u n χδ=-- (2分)七.已知激励信号为)()(t u tt e e-=,求系统的冲激响应23)(-=s ss H ,求系统的零状态响应。
信号与系统期末考试试题一、选择题(共10题,每题3分 ,共30分,每题给出四个答案,其中只有一个正确的)1、 卷积f 1(k+5)*f 2(k-3) 等于 。
(A )f 1(k)*f 2(k) (B )f 1(k)*f 2(k-8)(C )f 1(k)*f 2(k+8)(D )f 1(k+3)*f 2(k-3)2、 积分dt t t ⎰∞∞--+)21()2(δ等于 。
(A )1.25(B )2.5(C )3(D )5 3、 序列f(k)=-u(-k)的z 变换等于 。
(A )1-z z (B )-1-z z(C )11-z (D )11--z4、 若y(t)=f(t)*h(t),则f(2t)*h(2t)等于 。
(A ))2(41t y (B ))2(21t y (C ))4(41t y (D ))4(21t y 5、 已知一个线性时不变系统的阶跃相应g(t)=2e -2tu(t)+)(t δ,当输入f(t)=3e —tu(t)时,系统的零状态响应y f (t)等于(A )(-9e -t +12e -2t )u(t) (B )(3-9e -t +12e -2t )u(t)(C ))(t δ+(-6e -t +8e -2t )u(t) (D )3)(t δ +(-9e -t +12e -2t )u(t)6、 连续周期信号的频谱具有(A ) 连续性、周期性 (B )连续性、收敛性 (C )离散性、周期性 (D )离散性、收敛性7、 周期序列2)455.1(0+k COS π的 周期N 等于(A ) 1(B )2(C )3(D )4 8、序列和()∑∞-∞=-k k 1δ等于(A )1 (B) ∞ (C) ()1-k u (D) ()1-k ku9、单边拉普拉斯变换()se s s s F 2212-+=的愿函数等于 ()()t tu A ()()2-t tu B ()()()t u t C 2- ()()()22--t u t D 10、信号()()23-=-t u tet f t的单边拉氏变换()s F 等于()A ()()()232372+++-s e s s ()()223+-s e B s()()()2323++-s se C s ()()332++-s s e D s二、填空题(共9小题,每空3分,共30分)1、 卷积和[(0.5)k+1u(k+1)]*)1(k -δ=________________________2、 单边z 变换F(z)=12-z z的原序列f(k)=______________________ 3、 已知函数f(t)的单边拉普拉斯变换F(s)=1+s s,则函数y(t)=3e -2t ·f(3t)的单边拉普拉斯变换Y(s)=_________________________4、 频谱函数F(j ω)=2u(1-ω)的傅里叶逆变换f(t)=__________________5、 单边拉普拉斯变换ss s s s F +++=2213)(的原函数f(t)=__________________________ 6、 已知某离散系统的差分方程为)1(2)()2()1()(2-+=----k f k f k y k y k y ,则系统的单位序列响应h(k)=_______________________7、 已知信号f(t)的单边拉氏变换是F(s),则信号⎰-=2)()(t dx x f t y 的单边拉氏变换Y(s)=______________________________8、描述某连续系统方程为()()()()()t f t f t y t y t y +=++''''52该系统的冲激响应h(t)=9、写出拉氏变换的结果()=t u 66 ,=k t 22三、(8分)四、(10分)如图所示信号()t f ,其傅里叶变换()()[]t f jw F F =,求(1) ()0F (2)()⎰∞∞-dw jw F六、(10分)某LTI 系统的系统函数()1222++=s s s s H ,已知初始状态()(),20,00=='=--y y 激励()(),t u t f =求该系统的完全响应。
数字信号处理期末试卷及答案A⼀、选择题(每题3分,共5题)1、 )63()(π-=n j e n x ,该序列是。
A.⾮周期序列B.周期6π=N C.周期π6=N D. 周期π2=N 2、序列)1()(---=n u a n x n ,则)(Z X 的收敛域为。
A.a Z <B.a Z ≤C.a Z >D.a Z ≥ 3、对)70()(≤≤n n x 和)190()(≤≤n n y 分别作20点DFT ,得)(k X 和)(k Y ,19,1,0),()()( =?=k k Y k X k F ,19,1,0)],([)( ==n k F IDFT n f ,n 在围时,)(n f 是)(n x 和)(n y 的线性卷积。
A.70≤≤nB.197≤≤nC.1912≤≤nD.190≤≤n4、 )()(101n R n x =,)()(72n R n x =,⽤DFT 计算⼆者的线性卷积,为使计算量尽可能的少,应使DFT 的长度N 满⾜。
A.16>NB.16=NC.16D.16≠N5.已知序列Z 变换的收敛域为|z |<1,则该序列为。
A.有限长序列B.右边序列C.左边序列D.双边序列⼆、填空题(每题3分,共5题)1、对模拟信号(⼀维信号,是时间的函数)进⾏采样后,就是信号,再进⾏幅度量化后就是信号。
2、要想抽样后能够不失真的还原出原信号,则抽样频率必须,这就是奈奎斯特抽样定理。
3、对两序列x(n)和y(n),其线性相关定义为。
4、快速傅⾥叶变换(FFT )算法基本可分为两⼤类,分别是:;。
5、⽆限长单位冲激响应滤波器的基本结构有直接Ⅰ型,,______ 和______ 四种。
三、10)(-≤≥-=n n ba n x n n求该序列的Z 变换、收敛域、零点和极点。
(10分)四、求()()112111)(----=z z Z X ,21<B⼀、单项选择题(本⼤题12分,每⼩题3分)1、)125.0cos()(n n x π=的基本周期是。
数字信号处理期末试卷(含答案)一、单项选择题(在每小题的四个备选答案中,选出一个正确答案,并将正确答案的序号填在括号内。
1.若一模拟信号为带限,且对其抽样满足奈奎斯特采样定理,则只要将抽样信号通过( )即可完全不失真恢复原信号。
A.理想低通滤波器B.理想高通滤波器C.理想带通滤波器D.理想带阻滤波器 2.下列系统(其中y(n)为输出序列,x(n)为输入序列)中哪个属于线性系统?( )A.y(n)=x 3(n)B.y(n)=x(n)x(n+2)C.y(n)=x(n)+2D.y(n)=x(n 2)3..设两有限长序列的长度分别是M 与N ,欲用圆周卷积计算两者的线性卷积,则圆周卷积的长度至少应取( )。
A .M+NB.M+N-1C.M+N+1D.2(M+N)4.若序列的长度为M ,要能够由频域抽样信号X(k)恢复原序列,而不发生时域混叠现象,则频域抽样点数N 需满足的条件是( )。
A.N ≥MB.N ≤MC.N ≤2MD.N ≥2M 5.直接计算N 点DFT 所需的复数乘法次数与( )成正比。
A.N B.N 2 C.N 3 D.Nlog 2N6.下列各种滤波器的结构中哪种不是FIR 滤波器的基本结构( )。
A.直接型 B.级联型 C.并联型 D.频率抽样型7.第二种类型线性FIR 滤波器的幅度响应H(w)特点( ): A 关于0=w 、π、π2偶对称 B 关于0=w 、π、π2奇对称C 关于0=w 、π2偶对称 关于=w π奇对称D 关于0=w 、π2奇对称 关于=w π偶对称 8.适合带阻滤波器设计的是: ( ) A )n N (h )n (h ---=1 N 为偶数 B )n N (h )n (h ---=1 N 为奇数 C )n N (h )n (h --=1 N 为偶数D )n N (h )n (h --=1 N 为奇数9.以下对双线性变换的描述中不正确的是( )。
A.双线性变换是一种非线性变换B.双线性变换可以用来进行数字频率与模拟频率间的变换C.双线性变换把s 平面的左半平面单值映射到z 平面的单位圆内D.以上说法都不对10.关于窗函数设计法中错误的是:A 窗函数的截取长度增加,则主瓣宽度减小;B 窗函数的旁瓣相对幅度取决于窗函数的形状,与窗函数的截取长度无关;C 为减小旁瓣相对幅度而改变窗函数的形状,通常主瓣的宽度会增加;D 窗函数法不能用于设计高通滤波器; 二、填空题(每空2分,共20分)1. 用DFT 近似分析连续信号频谱时, _________效应是指DFT 只能计算一些离散点上的频谱。
浙江大学宁波理工学院2014–2015学年第一学期《信号分析与处理》课程期末考试试卷A 答案一、选择题(共10分,每空2分) 1、一信号⎩⎨⎧><=2/1||02/1||1)(t t t x ,,,则其傅立叶变换为 C 。
A.ωωsinB.ωω22sin C.2/)2/sin(ωω D.πωπωsin2、一信号x(t)的最高频率为100Hz ,则利用冲激串采样得到的采样信号x(nT)能唯一表示出原信号的最小采样频率为 B 。
A.100B.200C.0.05 D.0.013、积分[]⎰∞∞--+dtt t e t )()('2δδ等于 __C____。
A –1 B1C2D34、有限长序列x[n]是实信号和偶信号,则其离散时间傅立叶变换(DTFT )是 A 。
A.实且偶B.实且为奇C.纯虚且偶D.纯虚且奇5、离散周期信号的频谱具有如下特性 D 。
A.连续非周期B.离散非周期C.连续周期D.离散周期二、分析与计算(6道题,共65分)1、 (8分)试判断下列信号时能量信号还是功率信号。
解:A dt Ae dt t x ET t T TTT ===⎰⎰-∞→-∞→022lim lim )(5分能量有限,故为能量信号 3分2、(7分)判断下列信号是否周期信号,如果是周期信号,求出基波周期解:78/π=Ω3分742=Ωπ为有理数,分母为其基波周期,即N=7 4分3、(10分)求出下列信号的拉氏反变换。
236512-<<-+++}Re{s s s s (反变换)解:21326512+-+=+++=s s s s s S X )( 5分根据收敛域的双边情况,可求出反变换为双边信号如下:[])()()()(t u e t u e S X L t x t t -+==---23125分4、(15分)已知2112523)(---+--=z z z z X ,试问,)(n x 在以下三种收敛域下,哪一种是左边序列?哪一种是右边序列?哪一种是双边序列?并求出各对应的)(n x 。
北京信息科技大学2010 ~2011 学年第一学期《数字信号处理》课程期末考试试卷(A)一、填空题(本题满分30分,共含4道小题,每空2分)1.两个有限长序列x1(n),0≤n≤33和x2(n),0≤n≤36,做线性卷积后结果的长度是,若对这两个序列做64点圆周卷积,则圆周卷积结果中n= 至为线性卷积结果。
2.DFT是利用nkW的、和三个固有特性来实现FFT快速运算的。
N3.IIR数字滤波器设计指标一般由、、和等四项组成。
4.FIR数字滤波器有和两种设计方法,其结构有、和等多种结构。
二、判断题(本题满分16分,共含8道小题,每小题2分,正确打√,错误打×)1.相同的Z变换表达式一定对应相同的时间序列。
()2.Chirp-Z变换的频率采样点数M可以不等于时域采样点数N。
()3.按频率抽取基2 FFT首先将序列x(n)分成奇数序列和偶数序列。
()4.冲激响应不变法不适于设计数字带阻滤波器。
()5.双线性变换法的模拟角频率Ω与数字角频率ω成线性关系。
()6.巴特沃思滤波器的幅度特性必在一个频带中(通带或阻带)具有等波纹特性。
()7.只有FIR滤波器才能做到线性相位,对于IIR滤波器做不到线性相位。
()8.在只要求相同的幅频特性时,用IIR滤波器实现其阶数一定低于FIR阶数。
()三、综合题(本题满分18分,每小问6分)若x (n)= {3,2,1,2,1,2 },0≤n≤5,1) 求序列x(n)的6点DFT,X (k)=?2) 若)()]([)(26k X W n g DFT k G k ==,试确定6点序列g(n)=? 3) 若y(n) =x(n)⑨x(n),求y(n)=?四、IIR 滤波器设计(本题满分20分,每小问5分)设计一个数字低通滤波器,要求3dB 的截止频率f c =1/π Hz ,抽样频率f s =2 Hz 。
1. 导出归一化的二阶巴特沃思低通滤波器的系统函数H an (s)。
浙江大学宁波理工学院2014–2015学年第一学期
《 信号分析与处理》课程期末考试试卷A 答案
一、选择题(共10分,每空2分)
1、一信号⎩⎨⎧><=2/1||02/1||1)(t t t x ,
,,则其傅立叶变换为 C 。
A. ωω
sin B. ωω22sin C. 2/)2/sin(ωω D. πω
πωsin 2、一信号x(t)的最高频率为100Hz ,则利用冲激串采样得到的采样信号x(nT)能唯一表示出原信号的最小采样频率为 B 。
A. 100
B. 200
C. 0.05
D. 0.01
3、积分[]⎰∞∞--+dt t t e t )()('2δδ等于 __C____。
A –1
B 1
C 2
D 3 4、有限长序列x[n]是实信号和偶信号,则其离散时间傅立叶变换(DTFT ) 是 A 。
A.实且偶
B.实且为奇
C.纯虚且偶
D. 纯虚且奇
5、离散周期信号的频谱具有如下特性 D 。
A. 连续非周期
B. 离散非周期
C. 连续周期
D.离散周期
二、分析与计算(6道题,共65分)
1、(8分)试判断下列信号时能量信号还是功率信号。
0≥=-t Ae t x t )( 解:A dt Ae dt t x E T t T T T T ===⎰⎰-∞→-∞→022lim lim )(
5分
能量有限,故为能量信号
3分 2、(7分)判断下列信号是否周期信号,如果是周期信号,求出基波周期
0)27/8cos()(≥+=t n n x π
解:
78/π=Ω 3分
7
42=Ωπ为有理数,分母为其基波周期,即N=7 4分
3、(10分)求出下列信号的拉氏反变换。
236
512-<<-+++}Re{s s s s (反变换) 解:
21326512+-+=+++=s s s s s S X )( 5分 根据收敛域的双边情况,可求出反变换为双边信号如下:
[])()()()(t u e t u e S X L t x t t -+==---2312
5分
4、 (15分)已知2
11
2523)(---+--=z z z z X ,试问,)(n x 在以下三种收敛域下,哪一种是左边序列?哪一种是右边序列?哪一种是双边序列?并求出各对应的)(n x 。
(1)2||>z ; (2)5.0||<z ; (3)2||5.0<<z
解:
利用部分分式展开 1
1211212212523--------=+--=z z z z z z X )(,共包含0.5和2两个极点 (1) 收敛域在以2为半径的圆之外,因此对应右边序列
[]][*][.*.)(][n u n u z X Z n x n n 2250501-==- (2)敛域在以0.5为半径的圆之内,因此对应左边序列
[]][.*.][*)(][150501221---==-n u n u z X Z n x n n
(3)敛域在以半径0.5和2之间的圆环之内,因此对应双边序列
[]][.*.][*)(][n u n u z X Z n x n n 50501221+-==-
5、(15分)已知)
(t
x的波形如下,试画出)
2
5(t
x-的波形,要求画出分阶段变换的步骤
解:可按如下步骤绘制,A或者B或者其他方式不全部列出来,列出步骤 6分
A
B
1
)左移)
(
)
(5
+
→t
x
t
x
2)压缩)5
2(
)5
(+
→
+t
x
t
x
3)翻转)
2
5(
)5
2(t
x
t
x-
→
+
1)压缩)
(
)
(t
x
t
x2
→
2)左移))
2/5
(2(
)
2(+
→t
x
t
x
3)翻转
)
2
5(
))
2/5
(2(t
x
t
x-
→
+
下面画出A中的三个图 9分
)
(5
+t
x)
(5
2+t
x)
(t
x2
5-
6、(10分)求周期矩形脉冲信号的傅立叶级数(指数形式),并大概画出其频谱图。
解:指数级傅里叶展开如下 8分 )1cos(21cos 221)(1)(222/00000-+====
⎰⎰∑--∞
-∞=ππ
ππωωωk k k k j dt te T T e t x T c e c t x T t jk T t
jk k k t jk k
k c 的谱线图如下,只要绘制出趋势图即可 2分
-10-8-6-4-20246810
四.论述题(25分)
1、(10分)阐述拉普拉斯变换和傅立叶变换的关系,并用适当的公式加以说明。
答:1)傅立叶变换到拉氏变换:信号的傅立叶变换需满足狄立赫利收敛条件,不满足该条件的信号不存在傅立叶变换,对于部分不满足收敛条件的信号)(t x ,乘以衰减因子t e δ-后只要δ满足一定范围,t e t x δ-)(的傅立叶变换是存在的。
[]⎰⎰∞
∞-+-∞∞----==dt e t x dt e e t x e t x F t j t j t t )()()()(ωδωδδ 令ωδj s +=,则可得到信号)(t x 的拉氏变换
[]⎰⎰⎰∞∞--∞∞-+-∞
∞----====dt e t x dt e t x dt e e t x e t x F s X st t j t j t t )()()()()()(ωδωδδ 7分
2)傅立叶变换是拉氏变换的特例,当0=δ时,拉氏变换就变为傅立叶变换。
在S
域平面内,虚轴就对应傅立叶变换,因为虚轴对应0=δ的情况。
信号存在拉氏变换不一定存在傅立叶变换,存在傅立叶变换则一定存在拉氏变换。
3分
2、(15分)设要求的切比雪夫低通数字滤波器满足下列条件:π2000≤Ω≤时,波纹是0.5dB ;π1000≥Ω时,衰减函数大于19dB ;采样频率f=1000Hz 。
用冲激响应不变法求H(z)。
a) 阐述滤波器的基本原理及种类(7分)
b) 本题滤波器中设计步骤 (8分)
答:a )滤波的原理是根据有用信号与噪声信号的不同特性,实现二者有效分离,从而消除或减弱噪声,提取有用信号。
滤波器是一种具有一定传输特性的信号处理装置,它利用所具有的特定传输特性实现有用信号与噪声信号的有效分离。
如果利用模拟系统对模拟信号进行滤波处理则构成模拟滤波器,数字滤波器即可由硬件(延迟器、乘法器和加法器等)实现,也可通过软件实现,还可软硬件结合,因此数字滤波器实现更为方便灵活。
滤波器可分为模拟滤波器和数字滤波器,经典滤波器和现代滤波器,经典滤波器根据构成滤波器的元器件性质又可分为无源和有源滤波器,根据滤波频率又可分为低通、高通、带通、带阻及全通类型。
7分 b )设计数字滤波器核心任务是求出数字滤波器的脉冲传递函数)(z H ,设计步骤如下: 第一步:将给定的指标转换为相应的模拟低通滤波器; 2分 第二步:设计归一化的模拟低通滤波器,根据切比雪夫模拟低通滤波器的设计方法,求出该滤波器的阶数 []
⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛--≥--c s n ωωαα11.01.01cosh )110/()110(cosh max min 其中)1lg(102max εα+=,⎪⎪⎭⎫ ⎝
⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅+=-c s n ωωεα122min cosh cosh 1lg 10,ε为纹波系数,c ω为通带截止频率,s ω为阻带截止频率,题目均给出。
根据求出的阶数n ,得到对应的切比雪夫多项式,得出)()(s H s H -,而系统传递函数)(s H 中增益常数K 可由)()(s H s H -分母多项式的系数求得,根据通带纹波0.5dB 查表可的
)(s H 多项式,进而得到所要的)(s H 。
4分 第三步,按照冲激响应不变法球满足技术要求的数字滤波器得到)(z H ,完成本次设计。
2分。