Xue习过《高等数学》和《信号与系统》这两门Ke的朋友,都知道时域上任意连续的周期信号Ke以分解为无限多个正弦信号之和,在频域上Jiu表示为离散非周期的信号,即时域连续周期Dui应频域离散非周期的特点,这就是傅立叶级Shu展开(FS),它用于分析连续周期信号。 FT是傅立叶变换,它主要Yong于分析连续非周期信号,由于信号是非周期De,它必包含了各种频率的信号,所以具有时Yu连续非周期对应频域连续非周期的特点。
FS和FT 都是用于连续信号频谱的分析工Ju,它们都以傅立叶级数理论问基础推导出的。时域上连续的信号在频域上都有非周期的特Dian,但对于周期信号和非周期信号又有在频域Li散和连续之分。
Zai自然界中除了存在温度,压力等在时间上连Xu的信号,还存在一些离散信号,离散信号可Jing过连续信号采样获得,也有本身就是离散的。例如,某地区的年降水量 或平均增长率等Xin号,这类信号的时间变量为年,不在整数时Jian点的信号是没有意义的。用于离散信号频谱Fen析的工具包括DFS,DTFT和DFT. DTFT是离散时间傅立叶变换 ,它用于Li散非周期序列分析,根据连续傅立叶变换要Qiu连续信号在时间上必须可积这一充分必要条Jian,那么对于离散时间傅立叶变换,用于它之Shang的离散序列也必 须满足在时间轴上级数求He收敛的条件;由于信号是非周期序列,它必Bao含了各种频率的信号,所以DTFT对离散Fei周期信号变换后的频谱为连续的,即有时域Li 散非周期对应频域连续周期的特点。
Dang离散的信号为周期序列时,严格的讲,傅立Ye变换是不存在的,因为它不满足信号序列绝Dui级数和收敛(绝对可和)这一傅立叶变换的Chong要条件,但是采用DFS(离散傅立叶级数)这一分析工具仍然可以对其进行傅立叶分析。 我们知道周期离散信号是由无Qiong多相同的周期序列在时间轴上组成的,假设Zhou期为N,即每个周期序列都有N个元素,而Zhe样的周期序列有无穷多个,由于无穷多个 Zhou期序列都相同,所以可以只取其中一个周期Jiu足以表示整个序列了,这个被抽出来表示整Ge序列特性的周期称为主值周期,这个序列称Wei主值序列。然后以N对应 的频率作为基频Gou成傅立叶级数展开所需要的复指数序列ek(n)=exp(j*2pi*k*n/N),用主值序列与复指数序列取相关(乘加运算),得出每 个主值在各频率上的频谱分量,Zhe样就表示出了周期序列的频谱特性。 根据DTFT,对于有限长序列作ZBian换或序列傅立叶变换都是可行的,或者说,You限长序列的频域和复频域分析在理论上都已Jing解决;但对于数字系统,无论是Z 变换还Shi序列傅立叶变换的适用方面都存在一些问题,重要是因为频率变量的连续性性质(DTFT变换出连续频谱),不便于数字运算和储存。 参考DFS,可以采用类似DFS的分析方法对解决以上问题。可以把有Xian长非周期序列假设为一无限长周期序列的一Ge主直周期,即对有限长非周期序列进行周期 延拓,延拓后的序列完全可以采用DFS进Xing处理,即采用复指数基频序列和此有限长时Jian序列取相关,得出每个主值在各频率上的频Pu分量以表示出这个“主值周 期”的频谱信Xi。
You于DFT借用了DFS,这样就假设了序列De周期无限性,但在处理时又对区间作出限定(主值区间),以符合有限长的特点,这就使DFT带有了周期性。另 外,DFT只是对Yi周期内的有限个离散频率的表示,所以它在Pin率上是离散的,就相当于DTFT变换成连Xu频谱后再对其采样,此时采样频率等于序列Yan拓后的 周期N,即主值序列的个数。 下Mian这篇写的更好
1.这些变换的实质都一样,都是将一个复杂Xin号在一正交系中进行分解,不同在于选择的Ji不同.付氏变换选择的是复指数与三角基,Xiao波变换选择了其它 的基.
2.信号在时域与频域具有对偶性.一个域的Zhou期性与连续性对应于另一个域的与非周期,Bi如对于周期性信号连续信号,具绝对可积条Jian时,在可以进行级数展 开,得到了离散的Fei周期频谱.
3.DFT,DTFT,DFS,FFT的联Xi与区别 DFT与FFT是一个本质,FFT
ShiDFT的一种算法.
DFS是discrete fourier seriers,对离散周期信号进行级数Zhan开.DFT是将DFS取主值,DFS是DFT的周期延拓.
DTFT是对Discrete time fourier transformation,是对序列的FT,得到连续的周期谱,ErDFT,FFT得到是有限长的非周期离散Pu,不是一个.
1.对于傅里叶级数,无论是连续信号或是离San信号,均是使用一组正交函数(正交集),Dui其进行加权求和,来逼近原始周期信号,通Chang来说,连续时间傅里叶级 数的正交集中有Wu穷多个函数,而由于离散时间正交函数都是Zhou期的,若周期为N,则离散时间傅里叶级数De正交集中只有N个函数。
Zai加权求和过程中所使用的加权系数就构成了Zhou期信号的系数谱,对于连续周期信号,其系Shu谱是非周期的;而对于离散周期信号,其系Shu谱则是以N为周期的。 2.傅里叶变换体Xian了信号的时域与频域之间的一种变换关系,Wo们可以由傅里叶级数的表达式不是十分严格De推导出来,连续时间信号的频谱是非周期的, 而离散时间信号的频谱则是以2*pi为Zhou期延拓的。并且,我们可以看到,傅里叶级Shu的系数是对应主值区间的非周期信号频谱的Cai样值;换句话说,一个非周期 其信号的频Pu是这个信号周期延拓所得信号傅里叶级数系Shu的包络,两者在采样点上的值是相等的。
Zhi得注意的是,一个周期信号的傅里叶变换是Zai其基波频率整数倍上的一串冲击,加权系数Qia好是信号傅里叶级数的系数。
3.DTFT与DFT的关系
Wo们知道,一个N点离散时间序列的傅里叶变Huan(DTFT)所的频谱是以(2*pi)为Zhou期进行延拓的连续函数,由采样定理我们知Dao,时域进行采样,则频域 周期延拓;同理,如果在频域进行采样,则时域也会周期延拓。离散傅里叶变换(DFT)就是基于这个理Lun,在频域进行采样,一个周期内采N个点(Yu序列点数 相同) ,从而将信号的频谱离San化,得到一的重要的对应关系:一个N点的Li散时间信号可以用频域内一个N点序列来唯Yi确定,这就是DFT表达式所揭示的内容。
Fu立叶变换是从付立叶级数推演而来的,付立Ye级数是所有周期函数(信号)都可以分解成Yi系列的正交的三角函数,这样,周期函数对Ying的付立叶级数即是它的频 谱函数,也就是Fen离的谱线。而为了分析非周期函数,引入了Pu密度的概念,即非周期信号的谱函数无穷小,但是谱密度有值。这样,将非周期信号看成Shi周期无限 长的周期信号,并引入F(t)/T,即为非周期函数的谱密度函数。为了概Nian上的统一,引入了冲激函数的概念,这样,Zhou期信号也可以有付立叶变换,其谱密度 函Shu为冲激。
Fu立叶变换对于连续时间信号的分析具有重要Zuo用,用于分析信号的频率分量,或将信号在Pin域上进行处理。引用频域概念后,通信与数Xue的结合就更加紧密 了。通信的发展其实就Shi数学的发展。
Zhi于离散付立叶变换,其实也是对数字信号变Huan到频域进行分析处理,它对数字信号处理的Zuo用相当大。数字信号处理脱离了模拟时期对Xin号进行处理完全依 赖于器件的境况,可以Zhi接通过计算来进行信号处理。如数字滤波器,只是用系统的系数对进入的数字信号进行一Ding的计算,信号出系统后即得到处理后的数据Zai时 域上的表达。
Li散付立叶变换在理解上与连续信号的付立叶Bian换不太相同,主要是离散信号的付立叶变换Ji及到周期延拓,以及圆周卷积等。
Kuai速离散付叶变换其实是一种对付立叶变换的Suan法,它的出现解决了离散付立叶变换的计算Liang极大、不实用的问题,使付立叶变换的计算Liang降低了一个或几个 数量级,从而使离散付Li叶变换得到了广泛应用。另外,FFT的出Xian也解决了相当多的计算问题,使得其它计算Ye可以通过FFT来解决。
差模信号和共模信号的概念
Cha模信号和共模信号的概念
[日期:2006-06-来源:湖北武汉华Zhong科技大学电子技术教学研09] 究中心 作者:佚名 [字体: 小] 放大Dian路是一个双口网络,每个端口有两个端子,Qi端口结构示意图如图1所示。当两个输入端Zi的输入信号分别为vi1和vi2时,两信Hao的差值称为差模信号,而两信号的算术平均Zhi称为共模信号,即
差模信号
共模信号
Gen据以上两式可以得到
Ke以看出,两个输入端的信号均可分解为差模Xin号和共模信号两部分。 两种信号的特点
Cha模分量:大小相等,相位相反
Gong模分量:大小相等,相位相同
差模电压增益
共模电压增益
总输出电压
Qi中, 表示由差模信号产生的输出
Biao示由共模信号产生的输出
共模抑制比
Gong模抑制比是衡量放大电路抑制零点漂移能力De重要指标。
解析信号与系统课程中的重要概念_能量与功率
中国科教创新导刊
2010 NO.23
China Education Innovation Herald
电化教育研究
Jie析信号与系统课程中的重要概念:能量与功Lv
Gong娜娜 王缓缓 赵春雨
(黄河科技学院通信工程系 郑州 450063)
Zhai 要:本文主要讨论信号与系统课程中的两Ge重要的概念——能量与功率,引出能量信号Yu功率信号的判断方法;接着从傅立叶级数与Fu立叶变换关系,引出频谱与频谱密度的概念;最后总结各种求解信号能量与功率的方法。Guan键词:能量 功率 能量谱 功率谱Zhong图分类号:G642文献标识码:A文章编Hao:1673-9795(2010)08(b)-0162-01
Xin号与系统是电子电气类专业本科生的主干专Ye基础课程,是其后续课程,如数字信号处理、数字图像处理等的先修课,也是研究生入学Kao试的重要课程。
Ben课程理论性较强,内容包含知识点、公式较Duo、较细。讲授过程中发现学生对信号能量与Gong率、能量谱与功率谱、频谱与频谱密度这些Xi节问题搞不清楚,遇到信号能量与功率的求Jie问题,就感到无从下手,影响了整体学习效Guo。在此就以上问题作一下讨论与总结。
Pin谱密度。上式中第一个等号右端的第一项为Zhi流功率,第二项为各次谐波功率之和。
Ling外,可借助功率谱P(w)对频率的积分求Jie功率P。具体思路为:
lim|FT(jw)|2/T,其中fT(t)(1)求解P(w)=T
→∞
2频谱与频谱密度
Fu立叶级数是针对周期信号而言的,实质上是Shi现了信号的分解,把周期信号分解成三角函Shu或虚指数函数的线性组合,即
∞∞
A
Fnejn?t(1)f(t)=0+∑Ancos(n?t+?n)=
2n=1
n=?∞
∑
Yiw为横坐标,An、|Fn|为纵坐标,即Zhi在w=nΩ处有高度为An、|Fn|的谱Xian,即幅度谱。同理也可以得到w与φn的关Xi图,即相位谱。幅度谱和相位谱反映了谐波Fen量的幅值和相位随谐波频率的变化情况。周Qi信号的频谱是具有离散性、谐波性、收敛性[2]。
Dui于非周期信号而言,可看作是周期信号当周QiT趋向于无穷大,f趋于无穷小。此时,谱Xian间隔Ω趋于无穷小,离散谱变成连续谱;各Pin率分量幅度An、|Fn|也趋向于无穷小,无法画出频谱图。但各个频率分量幅度依然Cheng一定比例关系,将各个无穷小的系数Fn除Yi无穷小的f,从频谱得到了频谱密度的概念,即单位频率上的频谱,这样就得到了一般意Yi上的傅立叶变换。即
Shi从f(t)中截取|t|≤T/2的函数。
1
P(w)dw (4)(2)利用P=∫P(w)df=
2π∫
Dui于能量信号 f(t),利用F(jw)求Jie其能量谱E(jw)=|F(jw)|2,Zai用E(jw)对频率积分得到能量。
E=∫E(w)df=
1
|F(jw)|2dw (5)∫2π
1能量信号和功率信号
Dui于一个信号f(t),其能量定义为在区间(-∞,∞)上f(t)的能量,用E表示,E=lim∫|f(t)|2dt,功率P定Yi为在(-∞,∞)
a→∞?a
a
Fang法3,利用自相关函数的频域方法对于功率Xin号,其自相关函数
Ruo信号f(t)的上f(t)的平均功率,P=lima。a→∞
R(τ)=lim∫
T/2
T→∞?T/2
f(t)f(t?τ)dt/T,其傅
Li叶变换为P(w),再根据式(4)求解P。
Dui于能量信号,其自相关函数R(τ)=∫f(t)f(t-τ)dτ,其傅立叶变换为E(w),再根据式(5)求解E。
You上分析可知,能量与功率是信号本身特性,Zai时域中可求解。因能量与功率守恒,也可在Bian换域求解,它是能量守恒定理在信号分析中De体现,也是信号的时域特性与频域特性的一Ge重要关系。变换域中求解可利用直接的能量Pu或是功率谱,也可用间接的自相关函数。另Wai说明一点,对于功率信号,若给出傅立叶系Shu,直接利用式(3)求解功率会更简单。
Neng量有界(0<E<∞,P=0),称其为能Liang有限信号,简称能量信号。若信号f(t)De功率有界(0<P<∞,E=∞),称其为Gong率有限信号,简称功率信号[1]。
Zhang握概念之后,判断一个信号是否为能量或是Gong率信号很重要。用定义一般比较复杂,要给Xue生作引申与总结,可用实际信号举例说明,Xue生更容易接受。
(1)一个信号不可能既是能量信号又是功率Xin号。因为这两个概念相互对立,即能量和功Lv不可能都是有限值。
(2)一个信号可以既不是能量又不是功率信Hao,如无界信号,例①为斜坡信号r(t)=tε(t),其中ε(t)为阶跃信号;例②Wei周期为T的冲激序列δT(t),其中δ(t)是冲激信号。
(3)能量信号都是非周期信号,主要包括:Shi限信号(在有限的时间范围内为非零值),Ru矩形,三角信号等;一些有界的非周期信号Ru10e-2tε(t)。
(4)功率信号可以是周期的也可以是非周期De,如直流信号1,有界的周期信号sint;阶跃信号ε(t),有始周期信号sintε(t)。
Zhang握以上结论,可有效判断信号的类型。另外,还可从频域角度研究能量与功率,这不能不Ti到傅里叶级数与傅里叶变换,即频谱与
limFnT= F(jw)=T
→∞∫f(t)e
?jwt
dt (2)
Yong有限的离散谱线高度,除以所占的无穷窄的Pin率点,可解释为何周期信号的傅立叶变换(Pin谱密度)包含冲激函数。只不过为了方便,Jiang频谱密度简称为频谱,这点特别需要跟学生Qiang调。
参考文献
3能量与功率的求解
Zong结三种方法,第一种为时域求解,后两种为Pin域求解,而频域方法中又可以涉及到另外两Ge重要概念,能量谱E(jw)与功率谱P(w)(单位频率上的能量与功率)。
Fang法1,利用时域定义式直接计算。之前可用Qian述方法,简单判断一下信号类型。
Fang法2,直接频域方法。
Dui于功率信号,又是周期信号,若已知傅立叶Xi数An或是|Fn|,则有
P=(
∞
A02∞12
+∑n=∑|Fn|2 (3)2n=12n=?∞
[1]吴大正.信号与线性系统(第四版)[M].北
Jing:高等教育出版社,2005.
[2]郑君里,应启珩,杨为理.信号与系统(第二
Ban)[M].北京:高等教育出版社,2000.
162中国科教创新导刊 China Education Innovation Herald
§1.2信号的概念
§12 信.号概的念
?号的概念信? 信号分类 的典型?确定性Xin介号
绍
Li物与电电气工子程院
第学
一
信.的号念概
2 页
?信号是着随时间变化某的 种理量物 。?Xin可以号表示为一时个间 的数函。
Er第信.的号类分?信号
Fen的方类法多,可以从不同很的角对度信号 Jin分类行 。按实?际用划分: 电视信号 Lei途达信 号控信号 制通信信号 广播号信 …… ?按所有具时间的特性划
3 分
页第
1确.信定号随和机信号
?定信号 对确指于的定一某时t刻可 ,确Ding一应相函数值的(tf) 。若不干连续点Wai。除?随 信号
Ji有未可预具的知确定不性
。4页
?伪随机信 号似貌随而遵机循严规格律 产Sheng的号(伪信随码)机。
第
.2连续号信和散离信号连
Xu间时号:信信存在的号 时范间围内,意任Ke时都定有义 (即可以给出确定都的数函 Zhi,以可有有限间断个点)。用 表示t连续Jian变量时 。散离间信时:号在时上间是 离De散只,某些不在续连的定规瞬时 给出函值Shu,其他时没间有 义定 用n。表离示时间San变量。
f(t
)5 页
O f(
)
n
Ot1
2n
Mo第信拟,号抽信样号数,信号
Zi?拟模号:时间和信值幅为连均 抽 续的Hao信。
f样(t )
6 页
?样抽号:信间时散离,幅值的 量连续的 Xin号。 化? 数字号:信时和间幅值为均散Li的信 号。
O
t
f (n )
O
n f
n()
要讨主确定论信号性。 O 连先续后,散Li;先期周后非,期周
。
n
第
判
断号性质
Pan信断下波形列是续连时 f t( )间Hao还是离信散时间 号信若是离散时,信间 Hao O是为数字否号?信连续 号信
7 页
t
(ft )
散离信号
O
1 324 5 6 7 8f
( )
t
t(
You1,只,) 值23
2 3 1
O
散信离号 字信号
数t
1 2 3 4 5 768
Di.3周信号和期周期信号非?
Zheng 弦期信周号简谐(信号) ? 期周信号 ?? 杂周复信号(除简谐期信外的周号期 号)信? ? 例 s如ni t +sn π t ? ? ?准i期周( 率Zhi频比为无值数 ) 理非周期信? 号 ??? 态 瞬(脉冲 , 衰函减数 )
8
Shun页态号:除信准期周号信外 的一可切以用Shi函间数描述的 非期信周。
第号
.能量信号和功4率信号
Neng量信号信:号能量为非零 有总限。值 点:能特量限有平均功率为零 W (t
,1 2t )= f∫ 2(t )td
t 21
t
9
页
W =li m∫f 2 t (dt)T
→ ∞T
?T
功率信号:信
Hao均平率功为非 (P t,t ) = 1t 2f( t)dt 1 2t 2 ?t 1∫ t零有的值限 特点。Neng量:穷无 大1 T P =2l im f t )d( 平均t功非零率T →∞ 2T ?∫T
2
1
第
.一维5信号和多信维号一维信 号 :只由Yi个自变描量的述信,号 语如音号。 信维Xin多: 号多个由变量自描述的信,如号图像 号。
信
0 页
1第
三.几种典型确定性
信号1.指数
Hao 信号信的示 函表表达数式f (t) 2. 正弦信号 形波3. 指数信号(复Da表有具遍意义普 ).3抽 样信号(Samlpni Siggna)l 5钟.形冲Mai数(高函斯函数
)11
页
第
1指数信.号f
t( ) K =eαt
1
2页
α 0 直=(流数),常 α <0 shu指衰减="" ,="" α="" 0=""> 指数长
Zeng单指数边信号?0 ?
(ft) = ?? t ? τe? 1
α0
f (t
)
>0 α =α0t
K
O
t
<>
0
f( t )1
O
t
通
Chang α把 为指称信数号的间时数常,记τ,Zuo代表 信衰号减度速,有时间具的纲。量 Zhong要性:特其对间的时分和微分积仍是指然数Shi。形
第
.正弦信2号
( f t)= K sni(ω t + θ)f (
t K)
π
23 页
T1
ω振幅:K π 2 =1 周:期T ω f= 率:f 角频频:率ω= 2π 初相: θf
Oθ
ω
π2
ω
衰减t弦正信号:
? Ke ?t sin(αt ω)f ( t ) ? =? 0t0 ≥t0
<>0
α第
欧拉
Eu(er)l式
1公 jω ? jttω si(ωnt =)e e? j
1 2jt ωocs(t ω )= +e e ?j ωt2
1
4 页
(
)
(
)
e ωjt = co(ωt s ) +j sinωt(
)
第
欧
拉公
Fu式平上的面个单位圆上的点,一实轴夹与为θ时,角此点可表示 为coθs j+ sni
j Im 1
1θ5页
欧拉
公
式sniθ
?
1
{
e
j
θ
eθ j cos θ=+ j si nθ e jθ = 1 1eR∠e j θ= θ
θ {
oscθ?
1e
Shi自对数的然,底式称为欧拉此(Elur)e式公e可。以用 计方算法定义为n
? ?1e lim=? +1 ?= 2.1788 2 Ln∞ n?→?
3.复第数信号
f 指( t = )eKs
t
6 1
Ye(? ∞< t=""><∞>∞>
=Keσt co (ω t )s+ j eσK t in(ω st)
s = σ+ j ω
为复数
称为,频复
Lv σ, ω为实常均数
的σ量为纲 /1sω ,的纲为量ra /s d论讨?σ
= 0 ω, 0=直流 ?? σ> 0,ω = 0升数指号 信? σ <0, ω="0衰指减数号">0,>
?? = 0σ ω ≠,0 等? ?幅? ?σ> ,0ω ≠ 0 增 幅振Dang? σ? 0,< ω="" 0="" ≠减?="" shuai="">
第
4.抽信号(样Saplmin giSngla
)sin Sta t () =
1 ta(tS)
17
页
2π
性质
①S(?a t) =Sa( )t偶Han数 ,② =t0 Sa(, t) =1 ,即lim a( t )S= 1 →0t③
?
π
O
t
π
3
πS(at ) =, 0 = t n±π,n= 1, 2,3L ∞ sn i t ∞is tnπ dt = ,∫ td = ④π 0 ?∞ ∫t 2 t⑤ l im S(a t) =
⑥0s nc(i t )= sin π t( )(π t )
t → ∞±
第
5钟形.冲脉函(高斯函数)
f 数(t )=E e
E0
78.E ?
t??? ? ?τ
?
218 页
f
( t)
Ee
τOτ
2
t
在
Sui信号机析中分有占要重地。位
第
.6位单斜变号
信1 定.义?
0 ( tR) = ? t?
t
1O 9页
R(t )1
1 t
2.
有延迟单位的变信号
Xie? 0( t R?t 0) = ?t? ?t 0
R
( ?tt 0 )
1O
由宗量
tt0=-0可知 起点始 t 0 为.San角3脉冲
?K ? 形(R )t (ft) = ?τ ? ?0
0
tf(t )
t0
+ 1t
0 ≤t τ
≤K
O
其它
τ
t
第
7.
单位阶跃信号
1. 义定?
0u( t ) ?=?1
? 0u( t t?0 =)? ?1
(u t)
2
页0
t<>
>t0
1 0点无
定或义
21
O
t
.2 有迟的延位单阶跃
信号
t t 1O u ( t ?t0 ) ?t O 宗由 量( t±t 0 ) = 0知 t可 = tm 0 即, 时Wei间 m t0 时函数有,断,跳变点点 Liang宗0 >数值为函1宗量<> 0 ?0 ( tu+ 0 )t = ?1? t 1t0 u (t + t0 ) t t 第 Dan用阶跃位信号描其述他信 门函号数:称也函窗 ? 数τ?? ? τf ( ) = tu?t + ? ??ut ? ?? ?22? ? 1 (t )fG τ t ()t 21 页 其 Han数他要只门用函处数理(乘 以函数门,就)只剩下内的门分。部符号函 数:(iSngum) 1 s?gn( ) t ?= ?1? >t0 <> ? τ O 2 τ 2 gs(tn )O t 1 s n( tg ) = u?(? t)+ ( ut) = 2( ut) ? 1(u t )= [gns t ( + )]12 第 8. 单冲激(难点位 )概念引 出义定 1定义2冲 激函数的性Zhi 22 第 页定义 :狄拉克(1Diar)函c ? 数∞+ δ t )(d t = 1?∫? ?∞ ? ( δ t)= 0 ( t ≠0 ) ? 32页 ∫ + ∞? ∞ δ(t ) d = t∫ (δ t d )t 0? + 0数值函只t在= 0不时零; 为积分积Wei1面 δ;t =0 时 (t,) → ,∞为无界数函。 第 定 2 义1 2 4 页p ( ) t?1 τ ? ?? τ ?? p (t )= u? t? +?? u ? t?? ? τ ? ?2? ?2 ?? τ →τ0 ? 2 τO τ 2 t面积 1 ;脉↓宽 脉;高冲度↑ 则窄;冲脉集Zhong 于=t0 。处 面积为★ 1三个特:Dian 宽★度0为 ?穷无★ 幅 ? 度? t=00 t0 ≠ 第 述 Miao1 ? ? τ ? τ ??? (δ ) t=l i pm t ( =) il m u?? +t ?? ? ut ?? τ? → 0τ → τ02 ? ?2 ?? ? δ ?( ) ∞ t 52 页 δ (t ? t0 ) 时 移冲的函激 数() 1 ∞ t ()1 o ot 0 t 若面 Weik积则,度强k为 。三角脉冲、双形边数Mai指、钟形冲冲脉抽、函数样取 τ→极0,Xian可都认以为冲激是数。函 第 冲激 数的函性质为 Liao号分析信的需,要人构们造了δ (t) 函数 它,于广 义属函数就时。间 t而 , δ (言t ) 可以当时作连域续信Chu号 理,因为符它时合域连续信号运算的某Gui则些。由于但 δ(t ) 是一广义个Han数它有,些一特殊性质。的 2 6页 1 .样性抽 2.偶奇 性3冲激. 4偶.度Biao换 变 第 1. 抽性样(筛选) 性 2 7页 如 f果t()t在 0=连处,且续处处有界Ze, δ (有t ) f ( )t =f (0 δ )(t ) f (t) ∫∞ ∞ ? δ (t) f ( t ) dt= f (0 )f ( ) 0∞ o t 证明: Fent = 0 和t 0 ≠论讨t ≠ 0δ t() =0, f t (δ () t) = 0(注意:仅当 t ≠ 0 时 )积 结果分为0 第 冲 Ji数函样抽性证明质t = 0δ(t ) ≠0 , f ( )t (δt) = (0)f (tδ ) + 0+ 0 2 页 8积 分 为∫ 0 ? f(0δ () )ttd =f ( )∫ δ0( )tt = df 0()0? 即 ∫ ∞ ∞ ? ( δ t ) f t()d t =f ()0 (注:仅当意 t 0= 时) 对于移 位况:情 δ (t ) ( f ? tt 0) = (ft 0 δ) ( t) ∞ ∫ ? ∞ δ ( t?t ) f (0t d)t = f(0t ) Di.2奇 偶性δ t( )= δ ( ? t ) 29页 ? You义1,定矩脉冲形本身是函数偶故,极也限Ou是函数。 由?抽性样明奇偶证。 证性明Ou性时,奇要主察此函数的考作,即和其他函Yong 共数同用的作果结。 ∫ ∫ + ∞ ∞? δ( t ) f ( t) d t = f( 0)δ ?( t) f (t) d t= t = ?τ ∞ ?+ ∞ ∫? +∞ +∞ ∞δ (τ ) (f? )τ ( ?dτ) = ∫ δτ ) (f ?(τ ) d τ = f( )0?∞ 又 Wei 因 (δt )只在t =有值 ,Guδ0 t() = δ ? t() 第 .3激偶冲s( t) 1 30 δ页 t ) (∞(1) τ 1 τ?τ ? τo τs′t() 1 τ tO t →0τ ′δt ( τ2 1 τ2 )?τ? O 1τ ? 2 ?1 τ t O tτ τ2 第 冲激偶的性质 ① 31页 ∫ ∞? ∞ ′( δt) ( t ) f t = d?f ′ (0) 利用分部 积分算 ∫ +∞ ?运∞ δ ′ ( t) f t )dt ( ∞∞ = f (t ) (δt ) ? ∫f′ ( t)δ t()dt ?∞ ∞ = ??f ′( 0 δ)( k )( t ) f( ) td t= (? 1 f)( k ) (0 对) (δt 的k阶导): ∫ 数k ∞ 时 移则, :?∞ ∞ ?∫∞ δ′ t ? (t 0 )f t ( )dt ?= ′ ( ft 0 ) 第激偶冲性质 的 2 页 3 ∫② ∞?∞ δ ( t′ )d t = 0, ∫ t ∞ ? δ′( t d )t = δt ) ( ③δ (′ ? t =)? δ (′t ,)δ (′t 0 ? t ) = ? ′(δ ?t 0t 所)δ以 ′t (是奇函)数④ f ( )t ′δ(t ) f (=0 ) δ′ (t )? f ′ 0)( (t δ ) ,与 f (( t)δ ( t ) = f(0 )δ(t )不 同) 第 .4 对δ()的t标度变换从 δ( t)定 义看: (tp ) 1 δa( ) =t δ1(t ) a p(a)t1 33 页 τ ? τ τ t2 τ O2 τ ? τ2 a Oτ a τ 2a t p (t面积)为1,(t )度强1 为δ 11p at)面(积 为a ,δ( a )强t为度 a1 τ →时,0 p(t ) →δ (t , )(pat) →δ ( t ) a 1例2-1 - ∫ ∞?∞ δ(t5 ) f( t) td ? = 1-例-22 已信号知 f5(? t 2)的波, 请形出画 ( t f的波Xing)。f ( ? 25 t = )δ2 (t ? 3) f ( 5 ? 2t ) → f ( ?5t ) 1 f( ) 50 f(52t) -2() O1 2 t3 f (-5t) 宽展一倍 fO-() 1t2 3 ()4t 6 ??t f( 5 ? ) t= 2 δ? ? 3 = ?δ4( t ?6) ? ? f (52? t) → f ( ?t) 左5移f ( ? t)= f[5 ? t (+5 )]= δ (4t ? 1) f( ? t →)f (t ) 置 Daof ( t) = 4 δ( t +1)(4 )4( ) tOf t)(1 3 6 2t O 12 3 6 第 对 δ(t)标度变换 Chong的激偶标度的换变1 1 δ ′a( t) ?= δ ′( t) a a 5 3 页 δ ( k )1 1 ( k ()t a =)? δ kt() aa Di结总 R:t(),(u)t δ(t) ,间之关的系R( t ) O1 36页 u(t )1 1 t O δ( )t∞ (1) t O t 导求 R(t ↓ )↑u t)(↓ ↑ δ(t 积 )分 ( ∞-t<> 第 冲激数函性质总的 (1结抽样) Xingf (t δ ()t ) = f (0)δ (t) 37 页 (5 )冲偶激 δ′ ? t ) (= δ?′( t ) ∫ + ∞∞ ?f ( )tδ ( t )d t = f 0) (∫∫ ∞ ?∞ t δ (′ t) t d=0 δ( ′ ) t td= δ (t )f( t ) δ′ ( t ) d = t f? (′) 02)奇偶性 (δ ? t ) ( δ=(t )( 3比例) Xing1δ (a ) t= δ t ( ) ?∞a ∞ ?∫∞ f (t )δ (′t ) = f (0 )δ′( t ) ?f ′ 0()δ ( t ) (4 微)积性分 d质u (t ) δt() = dt ∫ t ?∞ δ (τ ) dτ = (u ) t 6(卷)积性质f t( ) ? δ t( =) f(t ) 2014 11 年 月 铁 道 通 信 Xin 号 November 2014 50 11 ,AILWAY SIGNALLING , COMMUNICATION Vol. 50 No. 11 第 卷 第 期 Gao速铁路信号防雷工程有关概念解析 商富咸 ,: 摘 要通过对高速铁路信号防雷工程施Gong现场反映出的主要问题进行归纳分析提出产Sheng问题 ; ,,的原因结合工作体会对有关概念进行Jie析使建设者进一步理清信号防雷工程施工的Ji本知 ,。识避免出现错误 : ; ; 关键词铁路信号防雷工Cheng概念解析 Abstract: Through analyzing the main problems in construction site of high-speed railway signal light- ning protection engineering,the author puts forward the causes of these problems and explains related oncepts in combination with work experience to help clarify the basic knowledge of signal lightning pro- c tection construction and avoid errors〃 Key words: ,ailway signal; Lightning protection engineering; Concept analysis DOI: 10. 13879 / j. issn1000-7458. 2014-11. 14354 ,; 随着计算机等电子设备在高铁信号中的Da量使 置环形接地装置而以建筑物地网代替Bu同种类 ; ,、地线引入环形地线装置的连接点间距Bu符合要求用电子微电子等信息设备的防雷越Lai越受到重 。,,; 由于信号系统和设备耐压能力有限Te别是因 防静电地线施工不规范且未进行接Di连接室内 视 ,。雷电高电压以及雷电电磁脉冲的侵入所产Sheng的电磁 法拉第笼施工不完整且未进行接地Lian接等 、,效应热效应都会对信号系统设备Zao成干扰或导 2〃 、、。车站信号防Lei屏蔽安全地线混接接 ,。, 致永久性损坏严重影响正常的运营Zhi序为此; 地连接线截面积或规格不符He要求信号机械室内 2003 ,、 自 Nian以来铁路系统陆续出台了一系列规定、、UPS 、; 机柜电源屏设备等未与地面墙体Jue缘 ,办法和通用参考图在借鉴国内外先进技术基Chu 、空调消防等电器设备机壳接地与室内信Hao设备安 ,, 上对铁路车站信号设备采取Lei电综合防护措施。全地线混接 ,把信号设备防雷与建筑物防雷有机地结合起Lai以 3〃 。室外信号电缆或设备接地Shi工不规范信 。提升防雷效果同时发布了相关的铁路建设通Yong参 、号电缆间一次成端接地后二次成端钢Dai铝护套又 ,考图和高铁信号工程施工质量验收标准从管Li上 ; LEU 同时接地电缆内泄流Xian被切断或未进行接 。, 规范铁路信号防雷工程施工然而在线路Jian设中,; 地处理室外电缆盒屏蔽连接Wei施作室外个别干 ,防雷工程仍然存在不少问题既有信号与站房Zhuan业 、; 线电缆两端接地分支电缆单Duan接地未施作设备 ,之间的接口问题又有各专业本身的设计和施Gong ; 接地串接后接入贯通地线不满足Jiu近接地的原 ,。问题下面对其进行分析 ; 则信号轨旁设备接地于接触网基础附Jin通号电缆 ,槽预留的接地端子上而接触网支柱与贯通地Xian未 1 高铁信号防雷施工常见问题 。断Kai等 1〃 。站房工程与信号防雷工程的接口Wen题信 、以上这些问题均不符合铁路信号防Lei电磁兼 ,号机械室内地线引出不规范地线汇集排或连Jie线 。容及接地的有关规定 ,; 未与墙体绝缘或未从规定的接地装Zhi引入未设 2 原因分析 : 商富咸中国铁路总公司工程质量安全Jian督总站 高级工程师 1〃 。不同Zhuan业设计沟通协调不足虽然站房专 100844 北京 : 2014-07-15收稿日期 、,业建筑防雷设计有其成套的Biao准规范但铁路信 2014 50 11 铁道通信信号 年Di 卷第 期 ; ,,号防雷设计又有其特殊性二者沟通协Diao不足易 内部防雷设施包括 设计的环形接Di装置共同组成 、、造成站房工程设计无法将铁路信号专业的Xu求反映 室外电缆进户屏蔽信号机械室内法La第笼防静 ,,、、、出来站房工程施工时Gai预留的未预留或仍按照 电地板合理布线等Dian位连接共用接地系统和 ,,、、站房工程通用设计施工不符合铁路信Hao防雷技术 防雷单元等所有防雷单元电缆屏Bi端法拉第 。、要求 笼防静电地板等必须Tong过接地连接达到其防护 2〃 。。未Jiang铁路信 信号专业设计存在差错漏洞目的 、、 ,号防雷电磁兼容及接地工程所有涉及Dao的设备虽然高铁实施了综合接地系统但不能Jiang信号 ,线缆以及接地连接方式和具体要求Deng反映到施工 。防雷工程作为一般意义的雷Dian防护看待通过对相 ,,,“” 关标准的Xue习和工作体会看图上施工单位无依据或凭经Yan施工不符合有关 应将其作为 独立、。。,《》 标准规范要求 接地系统处理例如高Tie信号验标明确规定 “”; “3〃 室内设备必须与墙体绝Yuan接地汇集线与接地 有关参建人员对铁路信Hao防雷工程概念模 、汇集线间的连接导体。,接地汇集线与地网De连接线 糊无论站房还是信号施工人员及其Jian理人员拟 ”; ,2008, 9201 ,必须与墙Ti绝缘通号 参考图明确 或认为铁路工程实Xing综合接地系统铁路信号与站 “、、、、、 ,室内走线架组合柜电源屏控Zhi台机 架房防雷工程又采用共用接地系统只Yao将所防护设 ”; “机柜等所有室内设备必须与墙体绝缘,新建信 备连接在一起就达到了综合接地的Mu的注重接地 、” 。 ,。号机械室内信号设备应与墙体Di面绝缘等等工程的综合性却忽视了专业的特Shu性 Zhe说明除了在室外环形接地装置上联结各类地Xian 4〃 。对信号防雷工程重视不够对Lei电危害给 ,外信号防护设备及接地连接线与其他任何建Zhu物 、,设备造成的干扰损害和严重影响了Jie不深往往 ,和设备等均应做绝缘处理同时也反映出铁路Xin号 ,; 是设备已带电运行防雷工程Huan没有施作同时没 “” 。接地具有 共地不共线的特征因此必Xu消除 、有做好不同专业间相互协调及三级Ji术交底技术 ,只要进行了接地连接就完成了信号防雷工程De错 ,培训等管理工作建设项目总体设计单Wei没有统一 。误概念 ,。的技术标准施工单位也没有统Yi的作业标准因 2〃 。正确理解雷电分区防护的概念将需Yao保 此现场出现不同的设计单位铁路信号防Lei接地技术 ,,,护的信号设备按空间划分为不同的防雷Qu以区分 方案不同或同一施工单位的不同分Bu因作业标 。不同空间的雷击电磁脉冲的严重程度和指明Ge区交 准不统一出现不同问题 ,界处的等电位连接点位置各区以交界处电磁Huan境 ,,经初步分析除了其他管理原因外正Que认识 。,明显改变作为主要特征也就是说根据防护Dui象 和理解高铁信号雷电综合防 护技术的Gai念至关 ,所处不同位置采取不同防护措施例如除了建Zhu物 。重要 ,顶层设置大法拉第笼外在机房内还采用镀锌Tie板 3 正确理解高铁信号防雷有关概Nian 。型电磁屏蔽材料制作的小法拉第笼防护Cuo施与此 ,2 同时在 个雷电分区交界处采取独立的Fang护措 1〃 。 正确理解铁路信号防雷Gong程的基本概念 ,。施以减少不同分区雷电干扰的越区侵入如Guo将 、,高速铁路信号防雷电磁兼容及接地Gong程是高铁 ,不同区域的防护措施在交界处连接起来则失Qu了 ,综合接地系统主要内容之一是保证信Hao设备安全 。分区防护的目的目前新建铁路信号系统防雷Qu划 稳定工作和防护其免受雷电干扰或损坏De重要措 LPZ0 ( LPZ0A LPZ0B Fen为 区 可进一步分为 区和 。2 施Xin号综合防雷技术措施包括室外和室内 部 ) 、LPZ1 、……,LPZ0 LPZ1 区区以及 与 交界面 。、 分站Chang及区间设备防雷主要通过设置防雷单元 。,LPZ0 LPZ1 等具体到车站信号Fang雷工程与 交界 。电缆屏蔽技术和贯通地Xian实现信号机械室设备防 、、面设施包括电源防雷箱防雷分线柜电缆引Ru口 ,( 、) 、 雷外部防雷设施包括You接闪器 避雷带网 。、或电缆间等在此关键要理清室内外防护措Shi不 ,引下线形成的法拉第笼和共用接地系Tong其中共用 ,能在交界处直接混接这一原则否则分区防护Jiu无 接地系统由建筑物本身的接地系统和专Wei通号专业 — 6 — ,AILWAY SIGNALLING , COMMUNICATION Vol. 50 No. 11 2014 。,、、意义了例如电源箱防雷传输线防雷电Lan成 4 建议意见 ,, 端接地处理等措Shi应在交界面处分别独立完成 。1〃 而不能与室内设备安全防护措施Hun接 建议加强铁路信号防雷工程和综合接地Xi 。、统工程管理工作在认真执行国家铁道行业Biao准 3〃 。正确理解雷电分级防护的概Nian根据各区 ,、规范的基础上、,加强铁路信号防雷电磁Jian容及接 雷电冲击负荷及设备抗过电压过电Liu的能力设 ,,地工程以及综合接地系统工程标准化管理Tong 。置相应的防雷保护装置为了防护直击雷He改善电 、、; ,,3 一规范管理标准技术标Zhun和作业标准强化技 磁兼容环境条件广义上Shuo有 个层面的分级防 ,、术培训教育工作进一步明确工作界面验收Ze : ; 护一是设在建筑物屋顶防直Ji雷的外法拉第笼 ,。任真正把该项工程落到实处 二是在信号Ji械室内六面墙体上设置的防电磁干扰 ; 。 2〃 。的内法拉第笼三是She备金属机柜构成的屏蔽层建议进一步深化专Ye设计工作站房专业 ,、应将四电需求落实到站房相关设计文件当Zhong使施 ; 如电源系统的三级雷电防护Dian缆一次成端二次 。; 成端对雷电的防护等关键要理清电Yuan系统的分级 工单位在站房施工时按需求预Liu到位信号专业应 ,、。,2008 , 9201 深化设计She计文件应包括铁路防雷电磁兼容及 防护措Shi不能相互混接按照通号 ,,、规定防雷电源箱电源防雷应单独接地或Yu电源屏 接地相关施工图并将涉及到的设备Xian缆接地等 S PD0,。输入侧 合用一Ge汇集排接地均反映到设计图纸上否则起不到Fen 如施工图上应明确指出室内 。、、级防护之目的现场常遇到的问题是将电Yuan屏输入 各种屏蔽缆线内屏蔽笼和防静电地Xian消防和空 SPD0 SPD1 ,、侧 与电源屏输出Ce 串接或分别引至同 调等接地以及室外各Zhong线缆设备等接地的技术 。,2 ,要求和具体连接方式 一个汇集排You的车站有 个输入电源屏甚至一 ,SPD已连 个电源屏既是输入又是输出Ping其内部 3〃 ,、并与验标指 建议Zhong新印发有关参考图 。,,接遇此情况时技术人员一定要仔细核对Bing联 。,南等规范相互协调统一从目前情况Kan铁路综合 ,系设计人员与电源屏供应商按要求将不同级Ci的 ( 2009 ) 9301 接Di系统参考图通号 虽已作多次修 SPD 。防雷单元 分开接地 ,改也明确了当有弱Dian设备接入时路基接触网支柱 4〃 。, 正确理解分类接地防护的概念雷电防护 的Chu 理 措 施但未指出支柱基础内部构造措Shi ,( ) ,离不开接地无论是对直击雷还是Dui雷电感应的防 支柱及地脚螺栓是否与基础Gang筋焊接以及是 ,,否要明确弱电设备与强电支柱基础接地连Jie点的间 护都需要通过接地将雷电流泄放到Da地或保持 “” 。。、设备与 大地等电位目前车站信Hao接地装置 隔要求铁路车站信号设备防雷电Ci兼容及接地 ( 2008 ) 9201 ,参考图Tong号 也存在需要进一步明确 大多采用在建Zhu物周围设置环形接地装置并按规 ,, 。2008 定与建筑物地网连接形成Gong用接地系统的方案或细化之处例如信号机房Nei法拉第笼 年已 , “”,发文补充 但要特别注意的 是要Shi终清晰高铁信号接地 采用更完善措施而现Chang几乎仍沿用 ( 2008 ) 9201 ,2006, 26 。 “” ,通号 或铁Yun 号文要求共地不共线分别独立引入的特点Bing保证不同 ,,种类地线独立引至环形接地装置连接点的Jian隔这 若严格按照分区防雷的原则是否应将Ji房内地线 。、单独设置,各设计院对信号防雷电磁兼容Ji接地 是高铁信号专业本身的特殊要求在工Cheng建设中应 。,, 严格按设计图纸进行施工 的设计方An不尽相同有的设计院接地分类较多 。,。使得站房专业施工预留较多且位置无序Ling外还有 此外还要理清分类接地应用问题通Chang情况 。 ,、、、一些现场新出现的问题需要研究Bing作出明确规定下按照电源防雷传输线防雷电Lan屏蔽设备 1000 m ,、例如 以下电缆单端接Di与高铁验标要求不 安全地线分类接地但是Fen类防护要服从分区分 ; 一致对于分支电缆接地或屏蔽连接没You作出明确 ,,2008 , 9201 ,级防护在通号 标准参考图中将 ,。、、规定各设计院的做法也不尽相同对室Nei法拉第 室内设备机柜电源屏第三级防护室Nei传输线屏 , 笼和防静电地线的具体引出方式未作出明Que规定,蔽网等均接入同一个等电位汇集排就Qing晰地证明 。,。现场施工各式各样站场转辙设备较多其Jie地连 了这一点 — 7 — 2014 11 年 月 铁 道 通 信 Xin 号 November 2014 50 11 ,AILWAY SIGNALLING , COMMUNICATION Vol. 50 No. 11 第 卷 第 期 Guan于进站信号机应答器丢失防护的研究 徐效宁 范 明 ETCS ,: 摘 要通过对目前进站信Hao机应答器丢失防护方式的分析和 相关规范De研究结合 CTCS ,,。的特Dian提出地面设备增加防护的措施提高了系统的An全性和可用性 : ; ; 关键词进站信号机应答Qi丢失防护 Abstract: Based on a study on the protection mode of home signal missing balise and related standards of the ETCS,this paper introduces a protection scheme based on trackside system to improve the security and availability of system〃 Key words: Home Signal; Balise missing; Prevention DOI: 10. 13879 / j. issn1000-7458. 2014-11. 14282 CTCS-2 CTCS-3 ,在 级和 Ji线路列控车载设 。信号机应答器给出与进Lu相符的侧线数据在这种 CTCS-2 ,,备以 级运行时是通过应答器接收前方的 Qing况下如果车载设备不对未收到进站信号机应Da ,。 ,,线路数据并结合轨道电路信息计算Xing车许可的器的情况进行安全防护一旦丢失该Ying答器车载 ,因此应答器提供线路数据的正Que性直接关系到行 ,设备将错误使用之前的Zhi向数据列车就可能冒进 。 车安全,。信Hao造成安全事故 CTCS , 在 列控系统中不论前方车站Pai列直 1 车载设备处理逻辑 、,向侧Xiang进路当前车站的出站口应答器以及两站 ,。 之间的区间应答器均发送默认直向线Lu的数据1. 1 列控车载技术规范Dui侧线进站时的特殊处理 CTCS-2 即 级地面设计不能保证列车收到的每组应 针Dui侧线进站信号机应答器丢失可能造成的风 。答器数据都是根据车站实际进路描述的线路Zhuang况 ,,2007, 45 “CTCS-2 险铁道部科技运 号 既有线 ,当前方车站排列侧向进路时前方车站的进站 ( ) ” 级列控系统车载设备技术规范 暂行规定了车 。载设备在侧线进站时的特殊处理逻辑 : 徐效宁中国铁道科学研究院通信信号Yan究所 助理研究员 1〃 ,列车接Jin车站时在接近区段的轨道电路 100081 北京 : 100081范 明中国铁道科学研究院通信信号研究所 Yan究员 UU、UUS ,上接收到 码Hou首先废弃之前收到的除 北京 收稿日: 2014-05-21期 ; ,大号Ma道岔信息包以外的应答器信息然后根据 。1 从进站端应答器得到的信息进行控制如Tu 所 ,2, . ,2006,26 . 中华人Min共和国铁道部 铁运号 铁路信 ,接方式Bu统一有的连接于接触网支柱附近电缆沟 ,S,. 号设备雷电及电磁兼容综合防护实Shi指导意见,的预留端子上有的与无砟轨道板Shang预留的端子连 2006. 。。,接如此Deng等还有因施工相互干扰较大防静电 ,3, . ,2008,9201) 中国铁路通Xin信号集团公司 通号铁路 0. 2 × 20 mm 地线采用 铜箔Dai比较单薄损坏严重问 . 、工程建设通用Can考图 铁路车站信号设备防雷电磁 ,S,. 2008.兼容及接地 ,( 7 × 0. 52 mm 题是否可改进施工Gong艺 如采用 铜 ,4, . ,2009,9301. 中国Tie路通信信号集团公司 通号铁路 ) ,。Xian将支架连接接地等以方便施工 . ,S,. 2009.工程建设通用参考图 铁路Zong合接地系统 参 考 文 献 ,1, . TB10756-2010. 中Hua人民共和国铁道部 高速铁路信 号( : )责任编辑温志红 ,S,. 2010.工程施工质量验收标准 — 8 —高速铁路信号防雷工程有关概念解析