武汉大学电气工程学院信号与系统实验报告资料.docx
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武汉大学电气工程学院信号与系统实验报告资料
实验1:
连续时间信号的表示及可视化
实验者姓名:
实验时间:
2014.4.15实验地点:
3教三楼仿真实验室
实验题目:
1、画出δ(t)的图像
解题分析:
δ(t)只有当t=0时才不为零,因此可以用以下程序得到δ(t)。
实验程序:
>>x=-10:
0.01:
10;
>>y=(x==0);%条件判断,只有x=0的时候,y才为1
>>plot(x,y);
实验结果:
图1.1冲激函数图像
实验结果分析:
δ(t)只有当t=0时才不为零,满足冲激函数的主要特征。
实验心得体会:
实验程序能较好地画出冲激函数的图像,δ(t)只有当t=0时才不为零,但是当t=0时,δ(t)不能达到无穷大,不能画出理想的图像。
改进想法:
使t=0时的函数值尽可能大。
将第二句代码改为y=10000*(x==0);
2、画出ε(t)图像
解题分析:
当ε(t)>0时,函数值为1,MATLAB中有专门调用阶跃函数的函数。
实验程序:
>>x=-10:
0.01:
10;
>>y=heaviside(x);%调用阶跃函数
>>plot(x,y)
实验结果:
图1.2阶跃函数图像
实验结果分析:
由于MATLAB中可以直接调用ε(t)函数,所以画出来的图像很理想。
实验心得体会:
实验程序能较好地画出ε(t)函数的图像,ε(t)当t>0时等于1。
改进想法:
用如下程序,可以看到更加完整的图像。
>>symsxy
>>y=heaviside(x);
>>ezplot(x,y,[-2,3])
3、画出f(t)=eat的图像
解题分析:
MATLAB中有指数函数,可以直接调用。
实验程序:
functionzhishu(a)
t=-4:
0.1:
4;
f=exp(a*t);%调用指数函数
plot(t,f)
实验结果:
如下图,左边a<0,右边a>0。
图1.3连续指数函数图像
实验结果分析:
当a<0时,函数值递减;当a>0时,函数值递增。
实验心得体会:
由于MATLAB中有指数函数可以调用,我们可以画出理想的指数函数图像。
4、画出f(t)=R(t)的图像
解题分析:
单位斜坡信号为一个一次函数。
实验程序:
>>t=0:
0.1:
15;
>>f=t;
>>plot(t,f)
实验结果:
图1.4单位斜坡函数
实验结果分析:
单位斜坡函数的图像实际上就是t>0时,一次函数f(t)=t的图像。
实验心得体会:
当已知函数的特征时,很容易就可以画出函数图像。
5、画出f(t)=Sa(wt)的图像。
解题分析:
Sa(wt)=sin(wt)/t。
实验程序:
functionchouyang(w)
t=-10:
0.1:
10;
f=sin(w*t)./t;
plot(t,f)
实验结果:
如下图,左边w=10;右边w=1。
图1.5抽样函数图像
实验结果分析:
w越大,抽样函数震荡频率越大,衰减越快。
实验心得体会:
通过本题,掌握了Sa(wt)函数的特征。
6、画出f(t)=sin(wt)的图像
解题分析:
MATLAB中有正弦函数,可以直接调用。
实验程序:
functionzhengxian(w)
t=-10:
0.1:
10;
f=sin(w*t);
plot(t,f)
实验结果:
如下图。
左边,w=3;右边,w=0.3。
图1.6连续正弦函数图像
实验2:
离散时间信号的表示及可视化
实验者姓名:
实验时间:
2014.4.15实验地点:
3教三楼仿真实验室
实验题目:
1、画出f(n)=δ(n)的图像
解题分析:
当n=0时,δ(n)不为零。
实验程序:
>>n=-5:
1:
5;
>>y=(n==0);%只有当n=0时,函数值才为1,其他n,函数值为0.
>>stem(n,y,'filled')
实验结果:
图2.1单位样值序列
实验结果分析:
当n=0时,δ(n)=1;当n不等于0时,δ(n)=0.
实验心得体会:
单位样值序列不像连续冲击信号一样,要求在横坐标为0时,函数值为无穷大,所以可以得到理想图像。
2、画出ε(n)图像
解题分析:
只有当n大于等于0时,函数值才不为零。
实验程序:
functionjieyue(a,b)
k=a:
1:
b;
y=(k>=0);%当n>=0时,y=1;当n<0时,y=0。
stem(k,y,'filled')
实验结果:
图2.1离散阶跃函数图像
实验结果分析:
当n>=0时,f(n)=1;当n<0时,f(n)=0。
实验心得体会:
离散阶跃信号不像连续阶跃信号一样,要求在横坐标为0时,函数值突变为1,所以可以得到理想图像。
3、画出f(n)=ean的图像
解题分析:
可以通过直接调用指数函数。
实验程序:
functionzhishulisan(a)
n=-5:
1:
10;
f=exp(a*n);
stem(n,f,'filled')%画出离散指数函数序列。
实验结果:
如下图。
左边,a=-0.4;右边,a=0.4。
图2.3离散指数函数图像
实验结果分析:
当a<0时,函数值递减;当a>0时,函数值递增。
实验心得体会:
MATLAB中有指数函数可以直接调用。
4、画出f(n)=RN(n)的图像
解题分析:
矩形序列可以看成两个离散阶跃序列的差,只有0~(N-1)时,f(n)=1。
其他n,f(n)=0。
实验程序:
functionjuxing(N)
n=-2:
1:
N+2;
y=((n>=0)&(n<=N-1));%当0<=n<=N-1时,y=1;其他,y=0。
stem(n,y,'filled');
实验结果:
如下图,左边N=6;右边N=15。
图2.4矩形序列图像
实验结果分析:
当0<=n<=N-1时,y=1;其他,y=0。
实验心得体会:
可以将矩形序列看成RN=ε(n)-ε(n-N)。
5、画出f(n)=Sa(nw)的图像
解题分析:
处理方式如连续函数,在取点时间隔为1。
实验程序:
functionchouyanglisan(w)
n=-20:
1:
20;
f=sin(w*n)./n;
stem(n,f,'filled')
实验结果:
如下图,左边w=0.8;右边w=2。
图2.5离散抽样函数序列
实验结果分析:
w越大,采样点越少,w越小,图像越清晰。
实验心得体会:
w对图像的清晰度有很大影响。
6、画出f(n)=sin(wn)图像
解题分析:
直接调用正弦函数,取点间隔为1。
实验程序:
functionzhengxianlisan(w)
n=-20:
1:
20;
f=sin(w*n);
stem(n,f,'filled')
实验结果:
如下图。
左边w=0.2;右边w=1。
实验结果分析:
w越大,采样点越少,w越小,图像越清晰。
实验心得体会:
w对图像的清晰度有很大影响。
实验3:
系统的时域求解
实验者姓名:
实验时间:
2014.4.16实验地点:
3教三楼仿真实验室
实验题目:
1、设h(n)=(0.9)nu(n),x(n)=u(n)-u(n-10),y(n)=x(n)*h(n),并画出x(n)、h(n)、y(n)波形。
解题分析:
利用MATLAB中的conv函数实现卷积和,然后画出x(n)、h(n)、y(n)波形。
实验程序:
n1=0:
1000;
h=power(0.9,n1);
x=ones(1,10);
f=conv(x,h);%卷积和
stem(f,'filled');axis([0,30,1,7])
holdon;xlabel('n');ylabel('f(n)');title('卷积和');
%以上为显示卷积和,以下为显示x(n)和h(n)图像
subplot(1,2,1);
stem(h,'filled');axis([0,30,0,1]);
holdon;xlabel('n');ylabel('h(n)');title('h(n)');
subplot(1,2,2);axis([0,11,0,1]);
stem(x,'filled');
holdon;xlabel('n');ylabel('x(n)');title('x(n)');
实验结果:
如下图。
图3.1(a)y(n)波形,图3.1(b)x(n)、h(n)波形。
图3.1(a)y(n)波形
图3.1(b)x(n)、h(n)波形
实验结果分析:
两个有限长序列的卷积和是有限长的。
实验心得体会:
用手工计算两个离散序列的卷积和是非常麻烦的,甚至是不可能的,而用MATLAB的conv函数可以方便地计算。
2、求因果线性移不变系统y(n)=0.81y(n-2)+x(n)-x(n-2)的单位抽样响应h(n),并绘出H(ejw)的幅频及相频特性曲线。
解题分析:
先求出h(n)的数值解,然后对差分方程做z变换,可以绘出H(ejw)的幅频及相频特性曲线。
实验程序:
>>a=[10-0.81];
>>b=[10-1];
>>impz(b,a,40)
%以上为求h(n),以下为绘出H(ejw)的幅频及相频特性曲线。
>>b=[10-1];
>>a=[10-0.81];
>>[H,w]=freqz(b,a,400,'whole');%求H(ejw)
>>Hf=abs(H);%幅频特性
>>Hx=angle(H);%相频特性
>>subplot(2,1,1);plot(w,Hf);title('幅频特性线');
subplot(2,1,2);plot(w,Hx);title('相频特性曲线');
实验结果:
如下图。
左边为h(n)曲线;右边为H(ejw)的幅频及相频特性曲线。
图3.2h(n)及H(ejw)的幅频及相频特性曲线
实验心得体会:
impz可以求出差分方程的单位样值响应。
在求H(ejw)时,可以先对差分方程做Z变换,然后利用freqz这个函数求出H(ejw),再分别求出其幅频特性及相频特性。
实验4:
信号的DFT分析
实验者姓名:
实验时间:
2014.4.22实验地点:
3教三楼仿真实验室
实验题目:
计算余弦序列x(n)=cos(πn/8)RN(n)的DFT。
分别对N=10、16、22时计算DFT,绘出X(k)幅频特性曲线,分析是否有差别及产生差别的原因。
解题分析:
取不同的N,分别作DFT变换,再绘出幅频特性曲线。
实验程序:
functionDFTbianhuan(N)
n=0:
1:
N;
xn=cos(pi*n/8);
xk=fft(xn);%对xn做FFT变换
ab=abs(xk);%幅频特性
stem(ab);
holdon;xlabel('w');ylabel('|x(k)|');title('DFT幅频曲线')
实验结果:
如下图。
图4.1(a)N=10时的X(k)幅频特性曲线
图4.1(b)N=16、22时的X(k)幅频特性曲线
实验结果分析:
N越大,采样越密集,图像越清晰,分辨率越高。
实验心得体会:
用MATLAB做DFT变换方便快捷,可以画出变换后的幅频特性曲线,直观地观察图像。
实验5:
系统时域解的快速卷积求法
实验者姓名:
实验时间:
2014.4.23实验地点:
3教三楼仿真实验室
实验题目:
用快速卷积法计算系统响应y(n)=x(n)*h(n),已知:
x(n)=sin(0.4n)R15(n),h(n)=0.9nR20(n)。
要求取不同的L点数,并画出x(n)、h(n)、y(n)波形,分析是否有差别及产生差别的原因。
解题分析:
先分别对x(n)、h(n)的DFT变换,在DFT变换后相乘,再对其值做傅里叶反变换,从而得到x和y的卷积值。
实验程序:
functionkuaisujuanji(L)
n1=[0:
14];
n2=[0:
19];
x=sin(0.4.*n1);
y=0.9.^n2;
Xk=fft(x,L);%求函数x的快速傅立叶变换
Yk=fft(y,L);%求函数y的快速傅立叶变换
Hk=Xk.*Yk;
h=ifft(Hk);%求Hk的快速傅立叶变换的反变换,即为x和y的卷积值
subplot(3,1,1),stem(x);
xlabel('x');
subplot(3,1,2),stem(y);
xlabel('y');
subplot(3,1,3),stem(h);
xlabel('h');
实验结果:
如下图。
左边L=10;右边L=30。
图5.1快速卷积图像
实验结果分析:
当改变L时,h(n)波形有明显改变。
改变L,会改变数据的实际长度,从而影响频率分辨率。
实验心得体会:
利用MATLAB可以方便快捷地对离散序列做傅里叶变换和傅里叶反变换,从而可以轻松实现系统时域解的快速卷积求法。
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