测控13《测试信号分析与处理》实验指导书新.doc
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4、、方法以及matlab函数的调用。二、 实验设备1、 微型计算机1台;2、 matlab软件1套三、 实验原理 Matlab 软件是由mathworks公司于1984年推出的一套科学计算软件,分为总包和若干个工具箱,其中包含用于信号分析与处理的sptool工具箱和用于滤波器设计的fdatool工具箱。它具有强大的矩阵计算和数据可视化能力,是广泛应用于 信号分析与处理中的功能强大且使用简单方便的成熟软件。Matlab软件中已有大量的关于数字信号处理的运算函数可供调用,本实验主要是针对离散系统的时频域分析的的matlab函数的熟悉和应用。(备注:可上网查询sptool、fdatool工具箱的使用方
5、法,如下网址是使用sptool的ppt介绍。 相关MATLAB函数1. 数字信号的表示 (1)已知数字信号采样值的数字信号的表示 x = 0.2 0.4 0.3 0.5 0.9 1.2 0.4; (2)已知数字信号函数表达式的数字信号的表示 t = tmin:1/fs:tmax; x = sin(2*t)-1; 其中tmin-起始时间,tmax-结束时间, fs-采样频率(3)常用数字函数单位脉冲函数delta = imp_fun(n,n0)%n为采样点数,n0为延迟采样周期数阶跃函数u = step_fun(n,n0)exp函数x = 2*exp(-0.5*n);% sinandcos函数x
6、 = 3*sin(pi/8*n) x = -cos(5*pi/7*n-pi/3) 2.求数字卷积y = conv(x,h)%x为数字信号,h为滤波器的脉冲响应 或 y = conv(h,x)3.滤波:filter()函数y=filter(b,a,x) 由向量b和a组成的系统对输入x进行滤波4. 求解单位脉冲响应:impz()函数(1)h=impz(b,a) 计算单位脉冲响应的序列值,取样点个数由MATLAB自动选取(2)h=impz(b,a,n)计算指定范围内(0: n-1)的单位脉冲响应的序列值(3)impz(b,a)绘制单位脉冲响应的时域波形5. 求解频率响应:freqz()函数(1)h,
7、w=freqz(b,a,n)可得到n点频率响应,这n个点均匀地分布在上半单位圆(即 ),并将这n点频率记录在w中,相应的频率响应记录在h中。n最好能取2的幂次方,如果缺省,则n=512。(2)h,w=freqz(b,a,n,whole)均匀选取n个点计算频率响应。(3)h,w=freqz(b,a,n,Fs)Fs为采样频率(以Hz为单位),在0Fs/2频率范围内选取n个频率点,计算相应的频率响应。(4)h,w=freqz(b,a,n,whole,Fs) 在0Fs之间均匀选取n个点计算频率响应。(5)freqz(b,a)可以直接得到系统的幅频和相频特性曲线。其中幅频特性以分贝的形式给出,频率特性曲
8、线的横轴采用的是归一化频率,即Fs/2=1。6. 系统函数的零极点图的绘制:zplane(b,a)7. (1)求取非周期数字信号的频谱 dtft函数 mag,phase,w = dtft(x);%x为数字时域信号x,mag为x的幅度频谱,phase为x的相位频谱,w为数字频率 函数dtft4和函数dtft的功能和格式相同,只是其计算幅度频谱和相位频谱时是以/4为间隔. 数字信号频谱图绘制 plotdtft(mag,phase,w,option)option1、2 plotdtft(mag,phase,w,option,fs)option3、4 (2)求取周期数值信号频谱dfs函数mag,pha
9、se,k=dfs(x,period)/x为数字周期信号,period为x的周期绘制频谱图plotdfs(mag,phase,k,option)-option1、2或plotdfs(mag,phase,k,option,fs)-option3、48.求取数字信号频谱 dft函数mag,phase,k = dft(x)x-数字信号mag,phase,k = dft(h)计算数字滤波器频率响应h-数字滤波器脉冲响应9.快速傅里叶变换 fft函数xx = fft(x);%用fft计算数字信号频谱mag = abs(xx);%求fft变换的模phase = angle(xx);%求fft变换的相位k =
10、 0:(length(xx)-1);%计算fft变换的长度plotfft(mag,phase,k,1);%绘制fft变换后的信号幅度频谱图和相位频谱图四、实验步骤1、熟悉matlab软件基本操作指令。读懂下列matlab程序指令,键入程序并运行,观察运行结果。(1)Conv.m% 计算两个序列的线性卷积;clear;%清屏N=5;M=6;L=N+M-1;x=1,2,3,4,5;%数字信号x的采样值h=6,2,3,6,4,2;%数字滤波器的脉冲响应hy=conv(x,h);%求x和h的数字卷积,输出为ynx=0:N-1;%设置输入信号x的波形图横坐标为0N-1,间隔为1nh=0:M-1;%设置h
11、的波形图横坐标为0M-1,间隔为1ny=0:L-1;%设置输出信号y的波形图横坐标为0L-1,间隔为1subplot(131);%绘图,图示格式为1行3列共3张图,这里显示第一幅图,其位置在最上方,stem(nx,x,.k);xlabel(n);ylabel(x(n);grid on;%绘x的图.横坐标n,纵坐标x(n),线条颜色黑色k指代black,grid on指显示网格线subplot(132);%绘图,图示格式为1行3列共3张图,这里显示第二幅图,其位置在中间stem(nh,h,.k);xlabel(n);ylabel(h(n);grid on;%绘h的图.横坐标n,纵坐标h(n),线
12、条颜色黑色k指代black,grid on指显示网格线subplot(133);%绘图,图示格式为1行3列共3张图,这里显示第三幅图,其位置在最下方stem(ny,y,.k);xlabel(n);ylabel(y(n);grid on;%绘y的图.横坐标n,纵坐标y(n),线条颜色黑色k指代black,grid on指显示网格线(2)filter.m;%求利用数字滤波器对信号进行滤波处理后的输出;clear;x=ones(100);%设置一维数组x,共100个1t=1:100;%从1100,间隔为1b=.001836,.007344,.011016,.007374,.001836;%设置数字滤
13、波器的bk系数a=1,-3.0544,3.8291,-2.2925,.55075;%设置数字滤波器的ak系数y=filter(b,a,x);%用系数为ak和bk的数字滤波器对信号x滤波,输出为ystem(t,y,.);grid on;%绘图,横坐标取t,纵坐标取y,线形为.ylabel(y)%纵坐标为yxlabel(n)%横坐标为n(3)impz .m% 计算滤波器的脉冲响应clear;b=.001836,.007344,.011016,.007374,.001836;a=1,-3.0544,3.8291,-2.2925,.55075;h,t=impz(b,a,40);%用系数为b和a的滤波器
14、对长度为40的单位脉冲信号进行滤波stem(t,h,.);grid on;%绘图ylabel(h(n)xlabel(n)(4)filter.m% 计算滤波器的阶跃响应x=ones(100);t=1:100;%信号x为一维数组共100个1b=.001836,.007344,.011016,.007374,.001836;a=1,-3.0544,3.8291,-2.2925,.55075;y=filter(b,a,x);plot(t,x,g.,t,y,k-);grid on;%绘图,曲线t-x,g.指代颜色为绿色green,线形为.,曲线t-y,k-指代颜色为黑色,线形为-ylabel(x(n)
15、and y(n)%纵坐标为x(n) andy(n)xlabel(n)%横坐标为n(5)dtft.m%求取非周期数字信号频谱并绘图;n = 0:50;x = sin(n*pi/7).*(stepfun(n,0)-stepfun(n,40);%mag,phase,w = dtft(x);%求取信号x的频谱plotdtft(mag,phase,w,1)%绘制信号x的幅度频谱和相位频谱(6)dfs.m%求取周期数字信号频谱并绘图n = 0:30;x = sin(n*pi/8);mag,phase,k = dfs(x,16);%求取周期为16的信号x的频谱plotdfs(mag,phase,k,1);%
16、绘制信号x 的幅度频谱和相位频谱,选项1幅度频谱纵坐标为线性幅度|ck| ,横坐标为k, 相位频谱纵坐标单位为弧度,横坐标为k.figureplotdfs(mag,phase,k,2);%绘图形式选项2 幅度频谱纵坐标为对数幅度20log |ck| 单位dB,横坐标为k, 相位频谱纵坐标单位为度,横坐标为k.figureplotdfs(mag,phase,k,3,8000);%绘图形式选项3-幅度频谱纵坐标为线性幅度|ck| ,横坐标为模拟频率f单位为赫兹, 相位频谱纵坐标单位为弧度,横坐标为模拟频率f单位为赫兹.系统采样频率为8000Hzfigureplotdfs(mag,phase,k,4
17、,8000);%绘图形式选项4-幅度频谱纵坐标为对数幅度20log |ck| 单位dB,横坐标为模拟频率f单位为赫兹, 相位频谱纵坐标单位为度,横坐标为模拟频率f单位为赫兹。系统采样频率8000Hz(7)zplane(b,a); % 画出所给系统的极零图b=1 -1.7 1.53 -0.68;a=1;zplane(b,a); (8)dft.m%求取数字信号频谱x = 1 -2 3 0 4 -1 5 0;mag,phase,k = dft(x);plotdft(mag,phase,k,1)(9)fft.m% 应用FFT 求频谱;x = rand(1,32) - 0.5; xx = fft(x);
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