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1995 | Buch | 3. Auflage

System- und Signaltheorie

Grundlagen für das informationstechnische Studium

verfasst von: Otto Mildenberger

Verlag: Vieweg+Teubner Verlag

Buchreihe : Studium Technik

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Über dieses Buch

Die Systemtheorie ist eine grundlegende Theorie zur Beschreibung von Signalen und Systemen der Informationstechnik. Systemtheoretische Verfahren spielen auch in der Meß- und Regelungstechnik eine wichtige Rolle. Ihre Bedeutung wird durch Anwendungen im mehr­ dimensionalen Bereich (Bildverarbeitung, optische Systeme) in Zukunft noch weiter zunehmen. Das vorliegende Buch soll eine erste Einführung in die Grundlagen der Signal- und Systemtheorie vermitteln. Es ist als Begleitbuch zu Vorlesungen und besonders auch zum Selbststudium konzipiert. Eine Einführung in die Systemtheorie ist ohne einen gewissen mathematischen Aufwand nicht möglich, es wurde aber versucht, mit möglichst geringen mathematischen Voraussetzungen auszukommen. Häufig enthält das Buch ausführlichere Erklärungen zu Ableitungen, wie dies bei Büchern über dieses Thema sonst üblich ist. Andererseits wird oft auf eine mathematisch strenge Beweisführung zugunsten von Plausibilitätserklärungen verzichtet. Zum guten Verständnis des Stoffes sollen auch die zahlreichen voll durchgerechneten Beispiele beitragen. Eine große Zahl weiterer Übungsbeispie1e findet der Leser darüber hinaus noch in der Aufgabensammlung zu diesem Buch (siehe Literaturverzeichnis [16]). Das Buch gliedert sich in acht Abschnitte. Nach einer Einleitung wird im 2. Abschnitt zuerst der Dirac-Impuls eingeführt. Nach einer Einführung der Begriffe Übertragungsfunktion und Impulsantwort wird die Berechnung von Systemreaktionen mit dem Faltungsintegral behandelt.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter
1. Einleitung
Zusammenfassung
Übertragungssysteme der Nachrichtentechnik sind i.a. komplizierte Anordnungen, deren Analyse häufig außerordentlich kompliziert oder sogar praktisch unmöglich ist. Darüber hinaus ist die Rechnung oft unanschaulich und läßt nicht wesentliche Eigenschaften der Übertragungssysteme erkennen. Dies gilt oft auch dann noch, wenn das Übertragungssystem aus einer Zusammenschaltung von Teilsystemen besteht und die Analyseaufgabe sich im wesentlichen auf eine Analyse der Teilsysteme reduziert.
Otto Mildenberger
2. Die wichtigsten Grundlagen aus der Signal- und Systemtheorie
Zusammenfassung
Das 2. Kapitel befaßt sich mit den wichtigsten Grundlagen der Signal- und Systemtheorie, auf die in den weiteren Kapiteln aufgebaut wird.
Otto Mildenberger
3. Die Fourier-Transformation und Anwendungen
Zusammenfassung
Periodische Funktionen kann man bekanntlich in Fourier-Reihen entwickeln und erhält so eine Darstellung, die Auskunft darüber gibt, wie das periodische Signal aus Sinusschwingungen aufgebaut werden kann. Ausgehend von der Fourier-Reihendarstellung werden im Abschnitt 3.2 die Grundgleichungen für die Fourier-Transformation abgeleitet. Diese ordnet einer Zeitfunktion f(t) eine von der Frequenz abhängige Funktion F() zu. Der Zusammenhang zwischen f(t) und ihrer Fourier-Transformierten F() ist eindeutig und umkehrbar. Je nach Zweckmäßigkeit wird das Signal im Zeitbereich (durch f(t)) oder im Frequenzbereich (durch F()) beschrieben.
Otto Mildenberger
4. Ideale Übertragungssysteme
Zusammenfassung
Reale Übertragungssysteme bestehen in der Regel aus umfangreichen Schaltungen. Eine Untersuchung des Übertragungsverhaltens dieser Schaltungen ist meistens sehr aufwendig. Bei den in diesem Abschnitt behandelten idealisierten Übertragungssystemen ist der mathematische Aufwand wesentlich kleiner. Dadurch gelingt es generelle Aussagen über das Übertragungsverhalten solcher Systeme zu erhalten. Bei der Festlegung der Übertragungsfunktionen der idealisierten Systeme wird keine Rücksicht auf die Realisierbarkeit genommen und auch nicht auf die Einhaltung der Kausalitäts- und der Stabilitätsbedingung. Dadurch reduziert sich der mathematische Aufwand bei der Berechnung des Übertragungsverhaltens ganz erheblich und es können wichtige allgemeingültige Ergebnisse gewonnen werden.
Otto Mildenberger
5. Die Laplace-Transformation und einige Anwendungen in der Systemtheorie
Zusammenfassung
Falls kausale Zeitfunktionen vorliegen (f(t) = 0 für t < 0), kann die Fourier-Transformation durch die Laplace-Transformation ersetzt werden. Man erhält sie -vereinfacht gesagt- aus der Fourier-Transformation, wenn man dort jco durch die komplexe Frequenzvariable s = σ + jω ersetzt. Dadurch wird die transformierbare Funktionenklasse wesentlich erweitert. Bei der Einführung der Laplace-Transformation wird auf die Ergebnisse des 3. Kapitels zurückgegriffen.
Otto Mildenberger
6. Zeitdiskrete Signale und Systeme
Zusammenfassung
Während in den früheren Kapiteln ausschließlich zeitkontinuierliche Signale und Systeme behandelt wurden, befassen wir uns hier mit zeitdiskreten Signalen und den für die Übertragung solcher Signale geeigneten zeitdiskreten Systemen.
Otto Mildenberger
7. Stochastische Signale
Zusammenfassung
Der Abschnitt befaßt sich mit der Beschreibung von Zufallssignalen im Zeit- und im Frequenzbereich. Im Abschnitt 7.1 wird der Begriff des Zufallssignales eingeführt, wobei im wesentlichen stationäre und ergodische Zufallsprozesse betrachtet werden. Dabei zeigt sich, daß Zufallssignale weitgehend, normalverteilte Zufallssignale sogar vollständig, durch Korrelationsfunktionen beschrieben werden können. Die Eigenschaften dieser Korrelationsfunktionen und Methoden zu ihrer Messung werden in den Abschnitten 7.2 und 7.3 besprochen. Im Abschnitt 7.4 wird gezeigt, auf welche Weise (auch sehr) stark gestörte periodische Signale durch Messungen von Korrelationsfunktionen “erkannt” werden können. Die Untersuchung von Zufallssignalen im Frequenzbereich erfolgt im Abschnitt 7.5. Hier wird auch der Begriff “weißes Rauschen” eingeführt.
Otto Mildenberger
8. Lineare Systeme mit zufälligen Eingangssignalen
Zusammenfassung
Der in diesem Abschnitt behandelte Stoff baut stark auf die im Abschnitt 7 abgeleiteten Ergebnisse auf. Nach einigen Vorbemerkungen im Abschnitt 8.1 befaßt sich der Abschnitt 8.2 mit Systemreaktionen auf stationäre Zufallssignale. Zur Berechnung werden Methoden im Zeit- und im Frequenzbereich angewandt. Der Abschnitt 8.3 behandelt den Zusammenhang zwischen zufälligen Ein-und Ausgangssignalen von Systemen. Weiterhin wird in diesem Abschnitt eine Meßmethode zur Messung der Impulsantwort von Systemen besprochen, die sich als besonders unempfindlich gegenüber Störungen erweist. Im Abschnitt 8.4 werden wesentliche Ergebnisse für kontinuierliche Systeme zusammengefaßt. Mit Reaktionen zeitdiskreter Systeme auf Zufallssignale befaßt sich der Abschnitt 8.5. Schließlich behandelt der Abschnitt 8.6 den Entwurf optimaler Suchfilter.
Otto Mildenberger
Backmatter
Metadaten
Titel
System- und Signaltheorie
verfasst von
Otto Mildenberger
Copyright-Jahr
1995
Verlag
Vieweg+Teubner Verlag
Electronic ISBN
978-3-663-11579-3
Print ISBN
978-3-528-23039-5
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-663-11579-3