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首页信号与系统第三章单位序列响应和阶跃响应
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信号与系统
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电子教案
第三章 离散系统的时域分析
3.1 LTI 离散系统的响应
一、差分与差分方程
设有序列 f(k) ,则…, f(k+2) , f(k+1) ,…, f
(k-1) , f(k-2)… 等称为 f(k) 的移位序列。
仿照连续信号的微分运算,定义离散信号的差分运算。
1. 差分运算
t
ttftf
t
tfttf
t
tf
t
tf
ttt
)()(
lim
)()(
lim
)(
lim
d
)(d
000
离散信号的变化率有两种表示形式:
kk
kfkf
k
kf
)1(
)()1()(
)1(
)1()()(
kk
kfkf
k
kf

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电子教案
3.1 LTI 离散系统的响应
( 1 )一阶前向差分定义: f(k) = f(k+1) –f(k)
( 2 )一阶后向差分定义: f(k) = f(k) –f(k –1)
式中,和称为差分算子,无原则区别。本书主要用
后向差分,简称为差分。
( 3 )差分的线性性质:
[af
1
(k) + bf
2
(k)] = a f
1
(k) + b f
2
(k)
( 4 )二阶差分定义:
2
f(k) = [f(k)] = [f(k) – f(k-1)] = f(k) – f(k-1)
= f(k)–f(k-1) –[f(k-1) –f(k-2)]= f(k) –2 f(k-1) +f(k-2)
( 5 ) m 阶差分 :
m
f(k) = f(k) + b
1
f(k-1) +…+ b
m
f(k-m)
因此,可定义:

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电子教案
3.1 LTI 离散系统的响应
2. 差分方程
包含未知序列 y(k) 及其各阶差分的方程式称为
差分方程。将差分展开为移位序列,得一般形式
y(k) + a
n-1
y(k-1) +…+ a
0
y(k-n) = b
m
f(k)+…+ b
0
f(k-m)
差分方程本质上是递推的代数方程,若已知初始
条件和激励,利用迭代法可求得其数值解。
例:若描述某系统的差分方程为
y(k) + 3y(k – 1) + 2y(k – 2) = f(k)
已知初始条件 y(0)=0,y(1)=2, 激励 f(k)=2
k
ε(k), 求 y(k) 。
解: y(k) = – 3y(k – 1) – 2y(k – 2) + f(k)
y(2)= – 3y(1) – 2y(0) + f(2) = – 2
y(3)= – 3y(2) – 2y(1) + f(3) = 10 ……
一般不易得到解析形式的 ( 闭合 ) 解。

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3.1 LTI 离散系统的响应
二、差分方程的经典解
y(k) + a
n-1
y(k-1) +…+ a
0
y(k-n) = b
m
f(k)+…+ b
0
f(k-m)
与微分方程经典解类似, y(k) = y
h
(k) + y
p
(k)
1. 齐次解 y
h
(k)
齐次方程 y(k) + a
n-1
y(k-1) + … + a
0
y(k-n) = 0
其特征方程为 1 + a
n-1
λ
– 1
+ … + a
0
λ
– n
= 0
,即
λ
n
+ a
n-1
λ
n– 1
+ … + a
0
= 0
其根 λ
i
( i = 1 , 2 ,…, n) 称为差分方程的特征根。
齐次解的形式取决于特征根。
当特征根 λ 为单根时,齐次解 y
n
(k) 形式为: Cλ
k
当特征根 λ 为 r 重根时,齐次解 y
n
(k) 形式为:
(C
r-1
k
r-1
+ C
r-2
k
r-2
+…+ C
1
k+C
0
)λ
k
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