唐 山 学 院
毕业设计（论文）开题报告
设计（论文）题目： 基于FPGA 的信号频谱分析仪设计与实现
系 别：_________________________ 专 业：_________________________ 姓 名：_________________________ 指 导 教 师：_________________________ 辅 导 教 师：_________________________
2012年
03月07日
郭耀华 郭耀华 丁举龙
电气工程机器自动化 信息工程
题目类型（打√选择）设计（√）论文（）
一、文献综述
在现实生活中对于信号进行频谱分析具有重要的意义。通过对信号频谱的分析，可以得到信号的频率结构，了解信号的频率成分或系统的特征。在此基础之上，可实现对信号的跟踪控制，从而实现对系统状态的早期预测，发现潜在的危险并诊断可能发生故障的原因，对系统参数进行识别及校正。因此，频谱分析是揭示信号特征的重要方法，也是处理信号的重要手段。这些方法和手段己经广泛地应用于通信、雷达、地震、声纳、生物医学、物理、化学、音乐、经济等领域。而进行频谱分析的仪器就是频谱分析仪，它能自动分析电信号并在整个频谱上显示出全部频率分量情况，确定一个变化过程(称为信号)的频率成分，以及各频率成分之间的相对强弱关系。
信号的频谱分析不仅在现实生活中具有重要的意义，同样在教学过程中也是不可或缺的，由于频谱分析仪价格昂贵，高等院校只是少数实验室配有频谱仪。但电子信息类教学，如果没有频谱仪辅助观察，学生只能从书本中抽象理解信号特征，严重影响教学实验效果。
目前看来信号频谱的分析与实现的方案主要有基于FPGA同时结合DSP技术或者是单片机技术等。其显示主要有通过示波器或者LCD或者VGA等。目前主要设计方案如下：
比如文献3采用了单片机C8051和FPGA，外加高速A/D转换器设计一种简易的频谱分析仪。该系统主要包括信号采集、频谱搬移、数字滤波、数字FF 和LCD显示。
文献6则采用基于FFT的方案，采用NIOS Ⅱ软件核作为CPU，以FPGA，LCD，DDS芯片和AD 芯片以及一些外围电路组成系统，完成信号采集，数据分析，FFT 变换,，对连续性周期和非周期信号的频谱分析，然后直接在LCD上显示信号的频谱特性曲线。
文献7采用外差式原理，以单片机为核心，辅助以FPGA等设计并实现频谱分析。扫频信号采用DDS信号合成技术和倍频来获得,通过AD转换器对取真有效值后的中频信号进行采样并存入FPGA，单片机对数据进行处理后再通过FPGA将频谱图显示在示波器上。
文献8介绍了一种基于FPGA信号的采集及其频谱的分析和显示方法。FPGA集成了A/DC控制驱动模块、FFT运算模块和VGA控制驱动模块。
通过以上文献分析，主要采用3种方法实现信号的频谱分析: 采用通用数字信号处理芯片实现、采用专用FFT芯片+ DSP 芯片实现和采用FPGA实现。DSP存在着精度与速度的矛盾,而FPGA除具有逻辑时序控制的优势外,还因其可实现大量的乘法器和存储器而具有运算能力强的优势。
FPGA（Field－Programmable Gate Array）是一类高集成度的可编程逻辑器件，起源于美国的XILINX公司，经过二十多年的发展FPGA发展不断完善而且日趋成熟。FPGA结合了微电子技术、电路技术、EDA技术，使设计者可以集中精力进行所需逻辑功能的设计。与专用集成电路ASIC（Application Specific Integrated circuit）相比，FPGA具有灵活性高、设计周期短、成本低、风险小等优势。FPGA 是现场可编程门阵列的简称。之所以赋予这个名字，一方面是因为FPGA可以由编写代码的方法实现复杂的逻辑电路，另一方面因为其内部本身是由规则的逻辑阵列组成，非常类似一个由门阵列构成的阵列。本次设计就是在FPGA的基础上实现信号的频谱分析。
二、设计（论文）主要内容
设计内容为以FPGA为核心器件，采用AD转换器对外部0~10MHZ信号进行数据采集，将采集到的数据通过串口与上位机进行通信，在上位机中应用虚拟仪器设计频谱分析仪，对采集的信号进行频谱分析和显示。
设计要求：
（1）熟练使用设计所依赖的软件开发平台，熟悉VHDL语言；
（2）熟悉信号频谱分析理论，编写程序实现对采集信号的频谱分析；
（3）编写串口数据传输程序，实现FPGA与上位机之间的数据通信；
（4）熟悉LABVIEW语言，在上位机设计分析仪实现信号频谱分析和显示；
三、设计（研究）方案
设计方案如图一所示输入模拟电压信号，通过A/D转换器转化成数字信号，然后传到FPGA进行处理，进行存储后传到上位机中，在上位机中应用虚拟仪器中编写程序完成FFT算法，再传送到FPGA 中处理，然后通过虚拟仪器在显示器上显示出来。
输入信号A/D
转
换
器
FPGA
数
据
采
集
图一系统设计总体思路框图
双
向
RAM
控
制
器
数
据
发
送
系统
计算机
虚拟仪器实
现FFT算法
显
示
器
四、工作进度安排
阶段应完成的主要工作计划起止时间
1 文献检索、根据毕业设计要求开题，并写出开题报第1-2周
2 对设计任务进行分析，确定设计方案，并对方案进行可行性论证第3-4周
3 根据设计方案，编写各个模块程序，对各个模块进行时序仿真第5-8周
4 毕业实习第9周
5 对硬件电路和软件进行调试第10-14周
6 撰写毕业论文第15周
7 准备毕业答辩第16周
8 毕业答辩第17周
五、主要参考文献
[1] 焦素敏. EDA应用技术[M].清华大学出版社,2002.4:83-89
[2] (巴西)Mark Zwolinski．VHDL数字系统设计[M]．北京：电子工业出版社, 2007.1
[3] 张春水.张佳培等. 基于FPGA的简易频谱分析仪[J].电子设计工程,2009.8
[4] 潘松. EDA技术实用教程（第三版）[M]. 北京：科学出版社, 2006.8
[5] 王彦. 基于FPGA的工程设计与应用[M]. 西安：西安电子科技大学出版社, 2007.2
[6] 陈宇浩, 钱剑敏等. 基于FPGA和NIOS Ⅱ的频谱分析仪的设计[J].微型电脑应用.2009.7
[7] 杨宇卓，丁梅. 基于FPGA的简易频谱分析仪[J].软件导刊.2007.7
[8] 黄翔，王小华等. 基于FPGA的频谱分析仪的设计与研制[J].微型机与应用.2011
[9] 于超，陈光武等. 基于FPGA的信号采集及其频谱显示[J].液晶与显示.2008.8
六、指导教师意见
签字：
年月日
七、系毕业设计（论文）工作领导小组意见
签字：
年月日
大学生毕业设计开题报告 专业：信息管理与信息系统 班级：息111 学号： 119094285 姓名：杨葳 指导教师：赵峰
一、问题的提出及发展背景 随着Internet的快速发展，互联网已成为人们快速获取、发布和传递信息的重要渠道，显然它已成为社会生活的一部分。但我国的城市公交信息查询却还处于比较落后的水平上，广大的市民获取路线信息方式也比较少，最常用的方式只局限在询问和交通地图上。而城市公交查询系统就是使人们能够在因特网上方便、简单的查询出各条路线，了解自己所经过的每个站点等信息，以便能更好的制定自己的行动计划而设计的。它主要实现的模块是公交信息的查询模块，其中包括的功能有：线路查询、站点查询、站站查询、车站查询；而系统管理模块主要实现的是对各个数据表进行添加、编辑、删除等功能操作以及对留言版进行一些相应的回复。 城市公交查询系统开发技术采用的是基于.NET的B/S架构，它的前端选用https://www.doczj.com/doc/328586469.html,为主要的编程框架，其.ASPX文件包含组成用户界面的 HTML 文本和控件，而后台选用了C#编程语言。用.NET编程的最大好处在于易于管理和重用性比较高。数据库选用的是SQL Server 2000，而应用程序通过https://www.doczj.com/doc/328586469.html,与SQL Server 2000数据库建立链接，并且运用SQL 语言实现对其数据库进行操作。在此系统中，大量采用了存储过程来对数据库进行操作。 当今是一个以网络为中心的信息化世界，计算机已成为广大市民不可缺少的工具。由于我国城市化进程的推进，目前城市不断地在向郊区延伸，边缘不断扩大，和郊区的边界甚至开始变得模糊化，城市公交路线不断地增多，加之众多公交路线时常调整，目前众多市民，特别是一些大中型城市的市民，对各条公交路线的信息不清楚或掌握得不准确。并且当今各大城市的家庭轿车相继增多，使城市交通出现拥堵现象。而公共交通与其它交通方式相比具有人均占用道路少、能源消耗低、运输成本低、污染相对较小、客运量大，运送效率高等优点，它是解决大、中城市交通拥堵等交通问题，所以各大城市都在积极地发展公共交通的运用。本毕业设计主要的目的就是实现公交查询以及信息发布。 本设计的预期成果是：此系统能够使用户简单的查询出他们自己想要的车次经过哪些站点，在哪一站可以转乘，然后继续换乘哪路车；也可以预先知道可以通过哪些车次可以到达目的地。在留言版中可以留下用户对系统的任何信息或者任何要求，管理员可以通过对留言版信息的解读对系统进行一系列的修改。 二、目的和意义 本项目成果提供一网上公交车查询的网站，广大社会人士通过访问该网站。 首先，有条理地、清晰地呈现出城市各条线路信息。不管城市扩展得有多大，城市公交路线增加的有多少，人们都可以通过城市公交查询系统来获得各条公交路线的详细信息。
H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y 课程设计 课程名称：课程设计2 设计题目：对正弦信号的抽样频谱分析院系：电子与信息工程学院 班级：0805203 设计者：褚天琦 学号：1080520314 指导教师：郑薇 设计时间：2011-10-15 哈尔滨工业大学
一、题目要求： 给定采样频率fs，两个正弦信号相加，两信号幅度不同、频率不同。要求给定正弦信号频率的选择与采样频率成整数关系和非整数关系两种情况，信号持续时间选择多种情况分别进行频谱分析。 二、题目原理与分析： 本题目要对正弦信号进行抽样，并使用fft对采样信号进行频谱分析。因此首先对连续正弦信号进行离散处理。实际操作中通过对连续信号间隔相同的抽样周期取值来达到离散化的目的。根据抽样定理，如果信号带宽小于奈奎斯特频率（即采样频率的二分之一），那么此时这些离散的采样点能够完全表示原信号。高于或处于奈奎斯特频率的频率分量会导致混叠现象。设抽样周期为TS(抽样角频率为ωS)，则 可见抽样后的频谱是原信号频谱的周期性重复，当信号带宽小于奈奎斯特频率的二分之一时不会产生频谱混叠现象。 因此，我们对采样频率的选择采取fs>2fo,fs=2fo,fs<2fo三种情况进行分析。对信号采样后，使用fft函数对其进行频谱分析。为了使频谱图像更加清楚，更能准确反映实际情况并接近理想情况，我们采用512点fft。取512点fft不仅可以加快计算速度，而且可以使频谱图更加精确。若取的点数较少，则会造成频谱较大的失真。 三、实验程序： 本实验采用matlab编写程序，实验中取原信号为 ft=sin(2πfXt)+2sin(10πfXt)，取频率f=1kHz，实验程序如下： f=1000;fs=20000;Um=1; N=512;T=1/fs; t=0:1/fs:0.01; ft=Um*sin(2*pi*f*t)+2*Um*sin(10*pi*f*t); subplot(3,1,1); plot(t,ft);grid on; axis([0 0.01 1.1*min(ft) 1.1*max(ft)]); xlabel('t'),ylabel('ft'); title('抽样信号的连续形式'); subplot(3,1,2); stem(t,ft);grid on; axis([0 0.01 1.1*min(ft) 1.1*max(ft)]); xlabel('t'),ylabel('ft');
非周期信号的频谱分析 一、 实验目的 1) 掌握用MATLAB 编程，分析门信号的频谱； 2) 掌握用MATLAB 编程，分析冲击信号的频谱； 3) 掌握用MATLAB 编程，分析直流信号的频谱； 4) 掌握用MATLAB 编程，分析阶跃信号的频谱； 5) 掌握用MATLAB 编程，分析单边信号的频谱； 二、 实验原理 常见的非周期信号有： 1、 门信号 门信号的傅里叶变换对为： 12sin( ) 2 2 ()()2 02 t g t F j Sa t ττ ωτ ωτ ωττ ω ? ?? 它的幅度频谱和相位频谱分别为 ()2F j Sa ωτωτ??= ??? 0sin()02 ()sin()0 2 ωτ?ωωτπ? >??=??
三、涉及的MATLAB函数 1、fourier函数 2、ifourier函数 四、实验内容与方法 1、验证性试验 1)门信号的傅里叶变换 MATLAB程序： Clear all; syms t w ut=sym('heaviside(t+0.5)-heaviside(t-0.5)'); subplot(2,1,1); ezplot(ut) hold on axis([-1 1 0 1.1]); plot([-0.5 -0.5],[0,1]); plot([0.5 0.5],[0,1]); Fw=fourier(ut,t,w); FFP=abs(Fw); subplot(2,1,2); ezplot(FFP,[-10*pi 10*pi]); axis([-10*pi 10*pi 0 1.1]); 程序运行结果图 2)冲激信号的傅里叶变换 MATLAB程序： clear all syms t w ut1=sym('heaviside(t+0.5)-heaviside(t-0.5)'); subplot(2,1,1); ezplot(ut1); title('脉宽为1的矩形脉冲信号') xlabel('t') hold on
1.周期信号的频谱 周期信号在满足一定条件时，可以分解为无数三角信号或指数之和。这就是周期信号的傅里叶级数展开。在三角形式傅里叶级数中，各谐波分量的形式为()1cos n n A n t ω?+；在指数形式傅里叶级数中，分量的形式必定为1j n t n F e ω 与1-j -n t n F e ω 成对出现。为了把周期信号所具有的各 次谐波分量以及各谐波分量的特征（如模、相角等）形象地表示出来，通常直接画出各次谐波的组成情况，因而它属于信号的频域描述。 以周期矩形脉冲信号为lifenxi 周期信号频谱的特点。周期矩形信号在一个周期（-T/2,T/2）内的时域表达式为 ,2 0,>2 ()A t T t f t ττ ≤?=?? （2-6） 其傅里叶复数系数为 12 n n A F Sa T ωττ?? = ??? （2-7） 由于傅里叶复系数为实数，因而各谐波分量的相位为零（n F 为正）或为π±（n F 为负），因此不需要分别画出幅度频谱n F 与相位频谱n φ。可以直接画出傅里叶系数n F 的分布图。 如图2.4.1所示。该图显示了周期性矩形脉冲信号()T f t 频谱的一些性质，实际上那个也是周期性信号频谱的普遍特性： ① 离散状频谱。即谱线只画出现在1ω的整数倍频率上，两条谱线的间隔为1ω（等于2π/t ）。 ② 谱线宽度的包络线按采样函数()1/2a S n ωτ的规律变化。如图2.4.2所示。但1ω 为 2π τ 时，即( )2m π ωτ =（m=1，2，……）时，包络线经过零点。在两相邻 零点之间，包络线有极值点，极值的大小分别为-0.212()2A T τ，
大学生毕业论文开题报告 一、本课题选题的依据 在现代素质教育的形势下，建设为素质教育服务的、现代化的、 功能完善的教育教学资源系统，拓展学生自主学习的空间，发展学生 的多种水平，特别是创新水平，已经成为中学教育必须研究的课题。 现代信息技术特别是计算机网络技术的飞速发展，使我们的教育 模式产生了质的飞跃，网络化教育将成为信息时代的重要标志和组成 部分。探索、研究并构建适宜于在计算机网络环境下的教育教学模式，是教育界亟待解决的课题，也是我们责无旁贷的使命。在网络教育时代，不但需要有先进科学的教学手段、高效互动的教学方式，更需要 有丰富实用的教学资源、完备的教学体系。在网络化教育的大环境下，教师应该成为网络教育的主导力量。而当前，我们的教师对信息技术、网络教育尚不熟悉，利用网络实施教育教学尚有距离，尤其是建立 “在网络环境下的教育教学新模式”还有待起步，基于此，我们提出 了本课题的研究。 二、本课题研究的条件 展开本课题研究具有以下有利条件： 背景条件：国家教育部大力推动信息技术教育，虚拟学校、远程 教育等应运而生;重庆市教委大力普及信息技术教育，通过评选信息技 术示范校增大力度;渝中区率先建立局域网，并通过已经实施了三年的“双创课题”研究，使教师的教学理念有了极大改观;随着课改的进一 步深入，现代技术特别是信息技术在教育教学中得到了广泛的应用。 基础条件：我校通过一年多的艰苦奋斗，信息技术无论在硬件上，还是软件上，都打下了坚实的基础： 硬件上：我校建成了以光纤为网络骨干，采用千兆高速以太网， 集视频教学、监控、信息服务、学校管理于一体的校园网络，实现了
“班班通”;全校所有的教室都安装了数字投影机、实物展示台、100 英寸电动玻珠屏幕、多功能讲台、监控摄像机、29英寸电视机，上课 教师人手一台笔记本电脑。 软件上：我校初步建成了具有求精特色的“教育信息资源库”， 包括《k12学科资源库》、《数字图书馆》(近两万册电子书籍)、《信息技术与课程整合》电子期刊等大型教育数据库、试题库、资料库， 涵盖国情教育、心理咨询、青春期教育、健康教育、艺术教育、升学 指南、教育法规等教育信息库，能充分满足现代教育管理和一线教学 的需要。 人员上：我校成立了信息技术中心，配备了专业人员，无论从理 论上，还是实践上，都有相当造诣。信息技术中心，对全校教职员工 实行了信息技术素质修养和实际操作的培训，全校教职员工基本掌握 信息技术教育，能满足在网络环境下实行教育教学的需要。 三、本课题研究要解决的问题 1、观点问题：有了好的硬件环境，如果观点不更新，仅仅“换汤 不换药”，那就失去了研究价值。本课题必须着力解决教师教育观点 更新的问题。 2、理论问题：当前网络教育缺乏科学、系统的教育理论作指导， 本课题应在实践中创造性地应用现有的理论，持续探索、总结、归纳、概括，形成适用于网络教育的理念、原则、策略。 3、技术问题：信息技术，顾名思义，技术性是很强的。如何使教 师技术精湛，使精湛技术与优质教育紧密结合，培养适合知识经济时 代需要的人才，是一个值得认真探讨的问题。本课题希望在这方面能 作出一点贡献。 4、实践问题：网络是一个新环境，如何在这个平台上，创造出符 合自己实际的教育教学模式，需要从实践中持续总结，不切实际地模 仿别人，拷贝别人，是不可取的。本课题倡导教师努力实行实践。
实验报告 实验三：用FFT 对信号作频谱分析 一、 实验目的与要求 学习用FFT 对连续信号和时域离散信号进行谱分析的方法，了解可能出现的分析误差及其原因，以便正确应用FFT 。 二、 实验原理 用FFT 对信号作频分析是学习数字信号处理的重要内容，经常需要进行分析的信号是模拟信号的时域离散信号。对信号进行谱分析的重要问题是频谱分辨率D 和分析误差。频谱分辨率直接和FFT 的变换区间N 有关，因为FFT 能够实现的频率分辨率是2π/N ，因此要求2π/N 小于等于D 。可以根据此式选择FFT 的变换区间N 。误差主要来自于用FFT 作频谱分析时，得到的是离散谱，而信号（周期信号除外）是连续谱，只有当N 较大时，离散谱的包络才能逼近连续谱，因此N 要适当选择大一些。 三、 实验步骤及内容（含结果分析） （1）对以下序列进行FFT 分析： x 1(n)=R 4(n) x 2(n)= x 3(n)= 选择FFT 的变换区间N 为8和16两种情况进行频谱分析，分别打印出幅频特性曲线，并进行讨论、分析与比较。 【实验结果如下】： n+1 0≤n ≤3 8-n 4≤n ≤7 0 其它n 4-n 0≤n ≤3 n-3 4≤n ≤7 0 其它 n
实验结果图形与理论分析相符。（2）对以下周期序列进行谱分析： x4(n)=cos[(π/4)*n]
x5(n)= cos[(π/4)*n]+ cos[(π/8)*n] 选择FFT的变换区间N为8和16两种情况进行频谱分析，分别打印出幅频特性曲线，并进行讨论、分析与比较。 【实验结果如下】： （3）对模拟周期信号进行频谱分析： x6(n)= cos(8πt)+ cos(16πt)+ cos(20πt) 选择采样频率Fs=64Hz，FFT的变换区间N为16、32、64三种情况进行频谱分析，分别打印出幅频特性曲线，并进行讨论、分析与比较。 【实验结果如下】：
大学毕业生毕业设计开 题报告 Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998
滁州学院本科毕业设计（论文） 开题报告表 课题题目热氧化大豆油荧光物质的高速逆流色谱分离纯化学生姓名王浩 所学专业农产品加质量与安全 导师姓名 *** 报告日期 2013-12-02 滁州学院教务处制 关于本科毕业设计（论文）开题报告的规定为切实做好本科毕业设计（论文）的开题报告工作，保证论文质量，特作如下规定： 一、开题报告是本科毕业设计（论文）的必经过程，所有本科生在写作毕业设计（论文）之前都必须作开题报告。 二、开题报告主要检验学生对专业知识的驾驭能力和研究能力，考察写作论文的准备工作是否深入细致，包括选题是否恰当，资料占有是否翔实、全面，对国内外的研究状况是否了解，本人的研究是否具有创新性等。 三、毕业设计（论文）开题报告前，学生必须根据所学专业培养目标，与教师双向选择后确定选题，根据任务书广泛查阅文献，深入调查，收集资料，制定研究方案，在此基础上撰写开题报告。 四、学生设计（论文）开题前需认真填写开题报告表，并向导师提出申请，由毕业设计（论文）指导小组负责开题报告的评议。
五、毕业设计（论文）指导小组应当对开题报告进行认真评议，主要评议论文选题是否恰当，研究设想是否合理、可行，研究内容与方法是否具有开拓性、创新性，是否可以开始进行论文写作等。评议结果分为“合格”和“不合格”两种，学生开题报告评议结果须为“合格”方可开始论文写作。毕业设计（论文）指导小组不得少于3人 六、开题报告表应送交所在院(部)保存。 七、表中各项可自行加页
第23卷第3期湖南理工学院学报(自然科学版)Vol.23 No.3 2010年9月 Journal of Hunan Institute of Science and Technology (Natural Sciences) Sep. 2010信号的频谱分析及MATLAB实现 张登奇, 杨慧银 (湖南理工学院信息与通信工程学院, 湖南岳阳 414006) 摘 要: DFT是在时域和频域上都已离散的傅里叶变换, 适于数值计算且有快速算法, 是利用计算机实现信号频谱分析的常用数学工具. 文章介绍了利用DFT分析信号频谱的基本流程, 重点阐述了频谱分析过程中误差形成的原因及减小分析误差的主要措施, 实例列举了MATLAB环境下频谱分析的实现程序. 通过与理论分析的对比, 解释了利用DFT分析信号频谱时存在的频谱混叠、频谱泄漏及栅栏效应, 并提出了相应的改进方法. 关键词: MA TLAB; 频谱分析; 离散傅里叶变换; 频谱混叠; 频谱泄漏; 栅栏效应 中图分类号: TN911.6 文献标识码: A 文章编号: 1672-5298(2010)03-0029-05 Analysis of Signal Spectrum and Realization Based on MATLAB ZHANG Deng-qi, YANG Hui-yin (College of Information and Communication Engineering, Hunan Institute of Science and Technology, Yueyang 414006, China) Abstract:DFT is a Fourier Transform which is discrete both in time-domain and frequency-domain, it fits numerical calculation and has fast algorithm, so it is a common mathematical tool which can realize signal spectrum analysis with computer. This paper introduces the basic process of signal spectrum analysis with DFT, emphasizes the causes of error producing in spectrum analysis process and the main ways to decrease the analysis error, and lists the programs of spectrum analysis based on MATLAB. Through the comparison with the theory analysis, the problems of spectrum aliasing, spectrum leakage and picket fence effect are explained when using DFT to analyze signal spectrum, and the corresponding solution is presented. Key words:MATLAB; spectrum analysis; DFT; spectrum aliasing; spectrum leakage; picket fence effect 引言 信号的频谱分析就是利用傅里叶分析的方法, 求出与时域描述相对应的频域描述, 从中找出信号频谱的变化规律, 以达到特征提取的目的[1]. 不同信号的傅里叶分析理论与方法, 在有关专业书中都有介绍, 但实际的待分析信号一般没有解析式, 直接利用公式进行傅里叶分析非常困难. DFT是一种时域和频域均离散化的傅里叶变换, 适合数值计算且有快速算法, 是分析信号的有力工具. 本文以连续时间信号为例, 介绍利用DFT分析信号频谱的基本流程, 重点阐述频谱分析过程中可能存在的误差, 实例列出MATLAB 环境下频谱分析的实现程序. 1 分析流程 实际信号一般没有解析表达式, 不能直接利用傅里叶分析公式计算频谱, 虽然可以采用数值积分方法进行频谱分析, 但因数据量大、速度慢而无应用价值. DFT在时域和频域均实现了离散化, 适合数值计算且有快速算法, 是利用计算机分析信号频谱的首选工具. 由于DFT要求信号时域离散且数量有限, 如果是时域连续信号则必须先进行时域采样, 即使是离散信号, 如果序列很长或采样点数太多, 计算机存储和DFT计算都很困难, 通常采用加窗方法截取部分数据进行DFT运算. 对于有限长序列, 因其频谱是连续的, DFT只能描述其有限个频点数据, 故存在所谓栅栏效应. 总之, 用DFT分析实际信号的频谱, 其结果必然是近似的. 即使是对所有离散信号进行DFT变换, 也只能用有限个频谱数据近似表示连续频 收稿日期: 2010-06-09 作者简介: 张登奇(1968? ), 男, 湖南临湘人, 硕士, 湖南理工学院信息与通信工程学院副教授. 主要研究方向: 信号与信息处理
实验3.2 典型信号频谱分析 一、 实验目的 1. 在理论学习的基础上，通过本实验熟悉典型信号的波形和频谱特征，并 能够从信号频谱中读取所需的信息。 2. 了解信号频谱分析的基本方法及仪器设备。 二、 实验原理 1. 典型信号及其频谱分析的作用 正弦波、方波、三角波和白噪声信号是实际工程测试中常见的典型信号，这些信号时域、频域之间的关系很明确，并且都具有一定的特性，通过对这些典型信号的频谱进行分析，对掌握信号的特性，熟悉信号的分析方法大有益处，并且这些典型信号也可以作为实际工程信号分析时的参照资料。本次实验利用DRVI 快速可重组虚拟仪器平台可以很方便的对上述典型信号作频谱分析。 2. 频谱分析的方法及设备 信号的频谱可分为幅值谱、相位谱、功率谱、对数谱等等。对信号作频谱分析的设备主要是频谱分析仪，它把信号按数学关系作为频率的函数显示出来，其工作方式有模拟式和数字式二种。模拟式频谱分析仪以模拟滤波器为基础，从信号中选出各个频率成分的量值；数字式频谱分析仪以数字滤波器或快速傅立叶变换为基础，实现信号的时—频关系转换分析。 傅立叶变换是信号频谱分析中常用的一个工具，它把一些复杂的信号分解为无穷多个相互之间具有一定关系的正弦信号之和，并通过对各个正弦信号的研究来了解复杂信号的频率成分和幅值。 信号频谱分析是采用傅立叶变换将时域信号x(t)变换为频域信号X(f)，从而帮助人们从另一个角度来了解信号的特征。时域信号x(t)的傅氏变换为： 式中X(f)为信号的频域表示，x(t)为信号的时域表示，f 为频率。 3. 周期信号的频谱分析 周期信号是经过一定时间可以重复出现的信号，满足条件： dt e t x f X ft j ?+∞ ∞--=π2)()(
大学毕业论文开题报告 是XX最新发布的《大学毕业论文开题报告》的详细范文参考文章，觉得应该跟大家分享，重新编辑了一下发到XX。大学毕业论文开题报告 （一） 论文题目：试论增加农民收入的新思路 学生姓名：*** 学号：*** 系部：经济与法学系 专业：国际经济与贸易 在我国工业化发展初期，为了加快我国工业化发展步伐，国家提出农业哺育工业、加快工业资本原始积累的政策。在此政策指引下，建国以来特别是改革开放三年来，我国的工业发展取得了令全世界瞩目的成就，可是与我国蒸蒸日上的工业生产和日新月异的城镇发展不相协调的是我国农村发展的滞后、农民增收的缓慢，农民收入的绝对数和增长速度都远远跟不上跟不上城镇居民收入的增长步伐。我国工农业两条腿发展的不平衡，导致了我国贫富差距的拉大，带来了了一系列的社会问题。()因此加快农业发展步伐、切实增加农民收入成为当前我国社会平衡发展和转型发展过程中不得不面临的重要问题。认识到农民增收的迫切性之后，近几年我国政府也从多方面提出了增加农民收入的举措，
从一定程度上增加了农民的收入，减缓了城镇农村居民贫富拉大的步伐。可是我国的农民收入还较大的落后于城镇居民，无论从其收入增加的迫切性上还是从农村发展的潜力方面，进一步加快农村发展步伐、让农民进一步增收成为大势所趋，是我国经济发展一个新增长点，也是解决我国很多社会问题的关键所在。 一、论文研究目的及意义： 参考文献： [1]中国国家统计局中国统计年鉴[R]、范文TOP100北京：中国统计出版社，xx、 [2]王庆关于黄冈市农民增收的思考[J]-黄冈师范学院学报xx （2）。 [3]顾馨梅新农村建设中促进苏中地区农民增收的对策研究以江苏省扬州市为例[J]-安徽农业科学xx（23）。 [4]赵航。王庆乡村旅游与农民增收[J]-乡镇经济xx（12）。 [5]胡青丹国外财政支农政策对中国的启示[J]-企业导报xx （3）。 [6]曾晓玲中国城镇居民收入差距扩大的原因与对策研究[D]硕士xx、 [7]谢勇。徐倩我国城镇居民收入分配差距探源[J]-城市问题2003（5） [8]吕军书有效调控我国收入差距的对策建议[J]-湖湘论坛xx （07）
实验三信号的频谱分析 方波信号的分解与合成实验 一、任务与目的 1. 了解方波的傅立叶级数展开和频谱特性。 2. 掌握方波信号在时域上进行分解与合成的方法。 3. 掌握方波谐波分量的幅值和相位对信号合成的影响。 二、原理（条件） PC机一台，TD－SAS系列教学实验系统一套。 1. 信号的傅立叶级数展开与频谱分析 信号的时域特性和频域特性是对信号的两种不同的描述方式。对于一个时域的周期信号f(t)，只要满足狄利克莱条件，就可以将其展开成傅立叶级数： 如果将式中同频率项合并，可以写成如下形式： 从式中可以看出，信号f(t)是由直流分量和许多余弦（或正弦）分量组成。其中第一项A0/2是常数项，它是周期信号中所包含的直流分量；式中第二项A1cos(Ωt+φ1)称为基波，它的角频率与原周期信号相同，A1是基波振幅，φ1是基波初相角；式中第三项A2cos(Ωt+φ2)称为二次谐波，它的频率是基波的二倍，A2是基波振幅，φ2是基波初相角。依此类推，还有三次、四次等高次谐波分量。 2. 方波信号的频谱 将方波信号展开成傅立叶级数为： n=1，3，5… 此公式说明，方波信号中只含有一、三、五等奇次谐波分量，并且其各奇次谐波分量的幅值逐渐减小，初相角为零。图3-1-1为一个周期方波信号的组成情况，由图可见，当它包含的分量越多时，波形越接近于原来的方波信号，还可以看出频率较低的谐波分量振幅较大，它们组成方波的主体，而频率较高的谐波分量振幅较小，它们主要影响波形的细节。
（a）基波（b）基波＋三次谐波 （c）基波＋三次谐波＋五次谐波 （d）基波＋三次谐波＋五次谐波＋七次谐波 （e）基波＋三次谐波＋五次谐波＋七次谐波＋九次谐波 图3-1-1方波的合成 3. 方波信号的分解 方波信号的分解的基本工作原理是采用多个带通滤波器，把它们的中心频率分别调到被测信号的各个频率分量上，当被测信号同时加到多路滤波器上，中心频率与信号所包含的某次谐波分量频率一致的滤波器便有输出。在被测信号发生的实际时间内可以同时测得信号所包含的各频率分量。本实验便是采用此方法，实验中共有5路滤波器，分别对应方波的一、三、五、七、九次分量。 4. 信号的合成 本实验将分解出的1路基波分量和4路谐波分量通过一个加法器，合成为原输入的方波信号，信号合成电路图如图3-1-2所示。 图3-1-2 三、内容与步骤 本实验在方波信号的分解与合成单元完成。 1. 使信号发生器输出频率为100Hz、幅值为4V的方波信号，接入IN端。 2. 用示波器同时测量IN和OUT1端，调节该通路所对应的幅值调节电位器，使该通路输出方波的基波分量，基波分量的幅值为方波信号幅值的4/π倍，频率于方波相同并且没有相位差.（注意：出厂时波形调节电位器已调到最佳位置，其波形基本不失真，基本没有相位差。若实验中发现存在波形失真或有相位差的现象，请适当调节波形调节电位器，使波形恢复正常。） 3. 用同样的方法分别在OUT3、OUT5、OUT7、OUT9端得到方波的三、五、七、九此谐波分量（注意其他谐波分量各参数应当满足式3-1-1所示）。 4. 完成信号的分解后，先后将OUT1与IN1、OUT3与IN2、OUT5与IN3、OUT7与IN4、OUT9与IN5连接起来，即进行谐波叠加（信号合成），分别测量（1）基波与三次谐波；（2）基波、三次谐波与五次谐波；（3）基波、三次谐波、五次谐波与七次谐波；（4）基波、三次谐波、五次谐波、七次谐波与九次谐波合成后的波形。并分别保
本科大学生毕业设计开题报告 本科大学生毕业设计开题报告 1、依据：时尚是有艺术品位的生活，时知务也，尚在品质!时尚一族的生活是艺术化的，所追求的生活随着时间的变化也会不断的提高的，但不变的是一直在追求高品质的生活。为了满足这一人群的需要，时尚产品也在不断的更新，向更高的品质发展。 概念车可以理解为未来汽车，汽车设计师利用概念车向人们展示新颖、独特、超前的构思，反映着人类对先进汽车的梦想与追求。概念车往往只是处在创意、试验阶段，也许永不投产。与大批量生产的商品车不同，每一辆概念车都可以摆脱生产制造工艺的束缚，尽情地夸张地展示自己的独特魅力。时尚一族这个人群在未来的社会中，随着生活水平和精神追求的提高将会愈来愈庞大。为了满足这一人群的旅游出行进行交通设计是又必要性的。 概念车的最大功能就是发现与引导这些变化的方向。肯奥库亚马说过世界在变，汽车在变，在今后的10年到20年内会变得很剧烈。交通工具也要随着这种变化不管更新、改变。未来概念车的设计可以推动我们的交通发展，解决很多我们生活中现有的一些问题，使我们未来的出行、旅游更加方便。 天马行空、随心所欲在设计中不再是不切实际，对于概
念车的设计天马行空的创意和随心所欲的想象已经成为一种珍贵财富。舞动的概念、迸发的理念塑造了经典概念车的楷模。概念车体现了汽车设计师的灵感和风格，概念车甚至不受量产车的条件限制，可任意采用未经充分验证的新工艺、新材料和新设计，充分发挥想象力和创造力。 针对时尚一族的概念车设计需要打造出时尚、艺术、高品位的产品，因为品质与美是要艺术的手法去塑造，艺术提高品位，艺术是脱俗的，出类拔萃的;时尚是高尚的，时尚离不开艺术，艺术可以创造时尚。 2、意义：时尚赋予人们不同的内涵和神韵，带给人的是一种愉悦的心情和优雅、纯粹与不凡感受，能体现不凡的生活品味，精致、展露个性。人类对时尚的追求，在精神上的或是物质上的追求都促进了人类生活。 概念车是汽车中内容最丰富、最深刻、最前卫、最能代表世界汽车科技发展和设计水平的汽车。概念车是时代的最新汽车科技成果，代表着未来汽车的发展方向，因此它展示的作用和意义很大，能够给人以启发并促进相互借鉴学习。因为概念车有超前的构思，体现了独特的创意，并应用了最新科技成果，所以它的鉴赏价值极高。概念车也是艺术性最强、最具吸引力的汽车。 针对时尚一族未来型概念车的设计，将会改变未来生活的方式，改变时尚潮流的走向，引领未来生活中交通方式的
信号的频谱分析及MATLAB 实现（实例） 摘自：张登奇,杨慧银.信号的频谱分析及MATLAB 实现[J].湖南理工学院学报(自然科学版),2010,(03) 摘 要：DFT 是在时域和频域上都已离散的傅里叶变换，适于数值计算且有快速算法，是利用计算机实现信号频谱分析的常用数学工具。文章介绍了利用DFT 分析信号频谱的基本流程，重点阐述了频谱分析过程中误差形成的原因及减小分析误差的主要措施，实例列举了MATLAB 环境下频谱分析的实现程序。通过与理论分析的对比，解释了利用DFT 分析信号频谱时存在的频谱混叠、频谱泄漏及栅栏效应，并提出了相应的改进方法。 关键词：MATLAB ；频谱分析；离散傅里叶变换；频谱混叠；频谱泄漏；栅栏效应 3 分析实例 对信号进行频谱分析时，由于信号不同，傅里叶分析的频率单位也可能不同，频率轴有不同的定标方式。为了便于对不同信号的傅里叶分析进行对比，这里统一采用无纲量的归一化频率单位，即模拟频率对采样频率归一化；模拟角频率对采样角频率归一化；数字频率对2π归一化；DFT 的k 值对总点数归一化。同时，为了便于与理论值进行对比，理解误差的形成和大小，这里以确定信号的幅度谱分析为例进行分析说明。假设信号为：)()(t u e t x t -=，分析过程：首先利用CTFT 公式计算其模拟频谱的理论值；然后对其进行等间隔理想采样，得到)(n x 序列，利用DTFT 公式计算采样序列的数字连续频谱理论值，通过与模拟频谱的理论值对比，理解混叠误差形成的原因及减小误差的措施；接下来是对)(n x 序列进行加窗处理，得到有限长加窗序列)(n xw ，再次利用DTFT 公式计算加窗后序列)(n xw 的数字连续频谱，并与加窗前)(n x 的数字连续频谱进行对比，理解截断误差形成的原因及减小误差的措施；最后是对加窗序列进行DFT 运算，得到加窗后序列)(n xw 的DFT 值，它是对)(n xw 数字连续频谱进行等间隔采样的采样值，通过对比，理解栅栏效应及DFT 点数对栅栏效应的影响。利用MATLAB 实现上述分析过程的程序如下： clc;close all;clear; %CTFT 程序，以x(t)=exp(-t) t>=0 为例 %利用数值运算计算并绘制连续信号波形 L=4, %定义信号波形显示时间长度 fs=4,T=1/fs; %定义采样频率和采样周期 t_num=linspace(0,L,100);%取若干时点,点数决定作图精度 xt_num=exp(-1*t_num);%计算信号在各时点的数值 subplot(3,2,1);plot(t_num,xt_num),%绘信号波形 xlabel('时间(秒)'),ylabel('x(t)'),%加标签 grid,title('(a) 信号时域波形'),%加网格和标题 %利用符号运算和数值运算计算连续信号幅度谱的理论值 syms t W %定义时间和角频率符号对象 xt=exp(-1*t)*heaviside(t),%连续信号解析式 XW=fourier(xt,t,W),%用完整调用格式计算其傅氏变换 %在0两边取若干归一化频点，点数决定作图精度 w1=[linspace(-0.5,0,50),linspace(0,1.5,150)];
信号与系统 实验报告 实验三周期信号的频谱分析 实验报告评分：_______ 实验三周期信号的频谱分析 实验目的： 1、掌握连续时间周期信号的傅里叶级数的物理意义和分析方法； 2、观察截短傅里叶级数而产生的“Gibbs现象”，了解其特点以及产生的原因；
3、掌握各种典型的连续时间非周期信号的频谱特征。 实验内容： （1）Q3-1 编写程序Q3_1，绘制下面的信号的波形图： 其中，0 = 0.5π，要求将一个图形窗口分割成四个子图，分别绘制cos( 0t)、cos(3 0t)、cos(5 0t)和x(t) 的波形图，给图形加title，网格线和x坐标标签，并且程序能够接受从键盘输入的和式中的项数。 程序如下: clear,%Clear all variables close all,%Close all figure windows dt = 0.00001; %Specify the step of time variable t = -2:dt:4; %Specify the interval of time w0=0.5*pi; x1=cos(w0.*t); x2=cos(3*w0.*t); x3=cos(5*w0.*t); N=input('Type in the number of the harmonic components N='); x=0; for q=1:N; x=x+(sin(q*(pi/2)).*cos(q*w0*t))/q; end subplot(221) plot(t,x1)%Plot x1 axis([-2 4 -2 2]); grid on, title('signal cos(w0.*t)') subplot(222) plot(t,x2)%Plot x2 axis([-2 4 -2 2]); grid on, title('signal cos(3*w0.*t))') subplot(223) plot(t,x3)%Plot x3 axis([-2 4 -2 2])
数字信号处理课程设计报告书 2011年7 月 1日 课题名称 应用MATLAB 对信号进行频谱分析 姓 名 张炜玮 学 号 20086377 院、系、部 电气系 专 业 电子信息工程 指导教师 刘鑫淼 ※※※※※※※※※ ※※ ※※ ※※ ※※ ※※※※※ ※※ 2008级数字信号处理课程设计
应用MATLAB对信号进行频谱分析 20086377 张炜玮 一、设计目的 用MATLAB语言进行编程，绘出所求波形，并且运用FFT求对连续信号进行分析。 二、设计要求 1、用Matlab产生正弦波，矩形波，并显示各自的时域波形图； 2、进行FFT变换，显示各自频谱图，其中采样率、频率、数据长度自选，要求注明； 3、绘制三种信号的均方根图谱； 4、用IFFT回复信号，并显示恢复的正弦信号时域波形图。 三、系统原理 用FFT对信号作频谱分析是学习数字信号处理的重要内容。经常需要进行频谱分析的信号是模拟信号和时域离散信号。频谱分辨率直接和FFT的变换区间N 有关，因为FFT能够实现频率分辨率是2π/N。 x(n)是一个长度为M的有限长序列，则x(n)的N点离散傅立叶变换为： X(k)=DFT[x(n)]= kn N W N n n x ∑ - = 1 ) ( ,k=0,1,...,N-1 N j e N Wπ2- = 逆变换：x(n) =IDFT[X(k)]= kn N W k X N n N - ∑ - = 1 ) ( 1 ,k=0,1,...,N-1 但FFT是一种比DFT更加快速的一种算法，提高了DFT的运算速率,为数字信号处理技术应用于各种信号处理创造了条件，大大提高了数字信号处理技术的发展。本实验就是采用FFT，IFFT对信号进行谱分析。 四、程序设计 fs=input('please input the fs:');%设定采样频率 N=input('please input the N:');%设定数据长度 t=0:0.001:1; f=100;%设定正弦信号频率 %生成正弦信号 x=sin(2*pi*f*t);
a t i m e a n d A l l t h i n g s i n t h e i r b e i n g a r e g o o d f o r s o 一、选题的依据及意义： 选题的依据：随着信息科技的高速发展，当今社会步入了数字化生存的时代，各种信息和数据越来越膨胀，潜移默化地影响我们的生活。目前，学校规模不断的扩大，研究生不断的扩招，有关研究生的各种信息也成倍的增长。面对庞大的信息量，旧式的文字管理方式早已经满足不了海量的信息管理要求，就需要有研究生学籍信息管理系统来提高研究生管理工作的效率，通过这样的系统可以做到规范管理，科学统计，和快速查询，从而减少管理方面的工作量。 选题意义：该系统是根据研究生学籍信息管理的实际需要而设计开发的，内容详细且全面， 功能完善且操作简便，具有很强的查询、搜索、统计及打印功能，适用于研究生院计算机系对研究生实施研究生学籍信息电脑化管理，提高工作效率和质量，具有积极的意义。先进的，实用的研究生学籍信息管理系统可以将广大的研究生的管理工作者从繁重，重复的手工记帐式的劳动工作中解脱出来，而且被管理的信息的正确率，效率也随之提高。本人设计开发研究生学籍管理信息系统可提供一种较为全新的方式，并达到了信息数据共享和一致。随着计算机科学日渐成熟,其强大的功能已为人们深刻认识,它已进入人类社会的各个领域并发挥着越来越重要的作用。 当然通过对这个系统的设计，我可以对大学期间所学的基础和专业知识进行全面检查和总结，可以提高综合运用所学计算机专业知识分析，解决实际问题的能力；可以掌握文献检索，资料查询的基本方法以及获取新知识的能力；可以熟悉掌握目前流行的多种RAD 开发工具和提高运用系统设计的能力。 二、国内外研究现状及发展趋势（含文献综述）： 国外：早在1989年，英国的Oxford Brooks 大学就已经有了一些信息管理系统能力，在那时，联合政府的政策就已经改变了机构地位，这个机构又依次引发了由六个左右构成的小型的信息管理系统单元的成立。信息管理系统现在有11个机构，这些机构参与合作体系的开发。这些扩充反映了对大学信息管理系统的重要，增加的部分是对信息管理系统目前策略计划方法的结果。更准确的说，它是一个有关陈述工作体系的策略的成功结果。正是这个给予了大学研发信息管理系统的信心。在1990年，一个正式的信息管理系统被成功地开发了。涉及到相关数据库技术的实体关系模型（ERM ）方法大大影响了所采用的方法，而且大家很乐意接受使用基于类似大学管理系统的体系模型。详尽的数据模型准备用于满足专业应用领域的需要，例如：学生课程，学生档案，个人信息，研究生的宿舍管理和研究生的学费管理，这些都是通过相关的且简单的商业过程分析加于补充。许多革新的发展是根据信息的模型形成的。这个模型现在差不多被解决了，而且继续在研究信息管理系统方面提供了基础。源于1990年的信息管理系统策略，开发了一个关键的新的课程和学生管理系统（CSMS ）。然而仅仅策略和模型是不够的，技术机构必须要有相匹配的技能和工具去实现，计算机的软件和硬件必须能够开发这些类似可靠的服务。从一开始，使这些元素和基于信息管理系统策略融为一体的必要性是一个关键的考虑。包括计算机辅助软件工程的Oracle 发展工具被采用和机构在过程中被训练，类似于Oracle 的数据库被用于传递给终端用户为应用软件。相关的发展和传递的工具应用和基于策略的模型完全一致，有关信息管理系统策略的成熟方法是和以下两点类似： 1>它提供开发管理系统应用的能力。2>它确认了信息管理系统为大学广泛信息策略的一个部分，这对过后将作为在信息管理系统策略和为学习组织的信息策略的合成很重要。 国内：信息管理系统（Management Information System,简称MIS ）是为了实现单位得管理