实验三 IIR 数字滤波器设计
一、实验目的
1．掌握由模拟滤波器转换为数字滤波器的原理与方法。 2. 熟悉IIR 数字滤波器的计算机仿真实现方法。
3. 通过观察数字滤波器输入、输出波形及频谱，建立数字滤波的概念。 二、实验设备
1、计算机
2、Matlab7.0以上版本 三、实验内容
1．IIR 数字滤波器设计。
包括巴特沃斯模拟滤波器、切比雪夫模拟滤波器设计；利用脉冲响应不变法、双线性变换法将模拟滤波器转换为数字滤波器。
2．滤波器结构的转换，将直接型结构转换成级联型结构。
3. 比较分析利用两种不同方法（脉冲响应不变法、双线性变换法）设计的数字滤波器的频率特性区别。
5．比较分析变换前的模拟滤波器与变换后的数字滤波器的频率特性的区别，注意模拟频率和数字频率之间的对应关系。
6.拓展部分是设计合适的IIR 滤波器对心电信号、语音信号进行滤波。 四、实验原理
1. 巴特沃斯模拟低通滤波器的设计
（1）首先根据给定的技术指标确定滤波器阶数N 及3dB 截止频率c Ω
)
/lg()
110
/()110(lg 10
/10/p st p s N ΩΩ--=
αα （4-1）
N
2110
/)
110
(-
-Ω=Ωs st c α或 N
21
10
/)
110
(-
-Ω=Ωs st c α （4-2）
（2）求出归一化极点，得到归一化系统函数，或者直接查表得归一化系统函数。
12
21
11
)(b p b p
b p
b p p G N N N N N
a ++???+++=
---- （4-3）
（3）将 p=s/Ωc 代入Ga( p)，得实际的滤波器传输函数Ha(s) 。
c s p a a p G s H Ω==/|)()( （4-4）
2. 切比雪夫模拟低通滤波器的设计
（1）确定技术指标, 求滤波器阶数N 和参数ε。
)
/()
110/()110(1.01.0p st Arch Arch N p
s ΩΩ--=
αα （4-5）
110
1.02-=p
αε （4-6）
（2）根据极点或直接求归一化低通原型系统函数Ga(p)。
∏=--??=
N
k k N a p p p G 1
1
)
(2
1
)(εN
N N p
p a p a a ++???++=
--11101
（4-7） （3）去归一化，得实际系统函数Ha(s)。 3. 脉冲响应不变法设计IIR 数字低通滤波器
（1）确定数字低通滤波器的技术指标。
（2）利用式4-8将数字低通滤波器的技术指标转换成模拟低通滤波器的技术指标。 T Ω=ω （4-8） （3）按照模拟低通滤波器的技术指标设计模拟低通滤波器。
（4）将模拟滤波器Ha (s )（式4-9）从s 平面转换到z 平面，得到数字低通滤波器系统函数H (z )(式4-10)。
∑
=-=N
i i
i
a s s A s H 1
)( （4-9） ∑
=--=N
i T s i
z e A z H i 1
1
1)( （4-10） 4. 双线性变换法设计IIR 数字低通滤波器
（1）确定数字低通滤波器的技术指标。
（2）利用式4-11将数字低通滤波器的技术指标转换成模拟低通滤波器的技术指标。
2
tan 2ω
T =
Ω （4-11） （3）按照模拟低通滤波器的技术指标设计模拟低通滤波器。
（4）将模拟滤波器Ha (s )从s 平面转换到z 平面，得到数字低通滤波器系统函数H (z )(式4-12)。
1
1
211()()|
a z s T z H z H s ---=
+= （4-12）
五、实验方法及要求
1．用脉冲响应不变法设计巴特沃斯数字滤波器。
设计巴特沃斯模拟低通滤波器，利用脉冲响应不变法将模拟滤波器转换为数字滤波
器，画出模拟及数字滤波器幅频及相频特性。比较分析变换前的模拟滤波器与变换后的数字滤波器的频率特性。
该部分所涉及的程序及函数包括：
①该程序见附录。
②butterworth低通滤波器原型设计函数，
function [b,a]=afd_butt(Wp,Ws,Rp,As) ，见附录。
③非归一化Butterworth模拟低通滤波器设计函数，
function [b,a]=u_buttap(N,Omegac) ，见附录。
④利用脉冲响应不变法从模拟到数字滤波器变换函数
function [b,a]=imp_invr(c,d,T) ，见附录。
⑤数字滤波器频率响应函数freqz的修正
function [db,mag,pha,w]= freqz_m(b,a) ，见附录。
⑥模拟滤波器频率响应函数freqs为Matlab自带函数，可以直接调用。
2. 用双线性变换法设计切比雪夫数字滤波器。
设计切比雪夫模拟低通滤波器，利用双线性变换法将模拟滤波器转换为数字滤波器，画出模拟及数字滤波器幅频及相频特性。
该部分所涉及的函数及程序包括：
①该程序见本附录。
②非归一化切比雪夫I型模拟低通滤波器原型设计
function [b,a]=u_chb1ap(N,Rp,Omegac),
见本实验“具体实验内容说明→有关函数说明”。
③利用双线性变换法从模拟到数字滤波器变换函数
function [NUMd,DENd] = bilinear(NUM,DEN,Fs) ，该函数为matlab自带函数。
3. 用双线性变换法设计巴特沃斯数字滤波器，并将直接型结构转换成级联型结构。
利用双线性变换法将模拟低通滤波器转换为数字低通滤波器，画出模拟及数字滤波器幅频及相频特性。比较分析变换前的模拟滤波器与变换后的数字滤波器的频率特性。
4. 数字低通滤波器特性比较。
通过前述数字滤波器程序设计结果，比较分析在采样频率相同时利用两种不同方法（脉冲响应不变法、双线性变换法）设计的数字滤波器的频率特性区别，以及在采样频率不同时转换得到的数字滤波器的频率特性。
5. 数字高通、带通、带阻滤波器设计
从高通、带通、带阻滤波器中选择一种进行设计，画出其幅频及相频特性。 以上步骤中数字滤波器设计指标为自行确定，在报告中要注明设计指标。 六、实验内容拓展
（1）根据心电信号特点设计IIR 滤波器滤除心电图信号噪声。
人体心电图信号在测量过程中往往受到工业高频干扰，所以必须经过低通滤波处理后，才能作为判断心脏功能的有用信息。下面给出的实际心电图采样序列样本中存在高频干扰，需要设计滤波器滤除其中的干扰成分。
要求设计IIR 数字滤波器对噪声进行滤除，比较滤波器设计参数不同时的滤波结果。 x=[-4, -2, 0, -4, -6, -4, -2, -4, -6, -6, -4, -4, -6, -6, -2, 6, 12, 8, 0, -16, -38, -60, -84, -90, -66, -32, -4, -2, -4, 8, 12, 12, 10, 6, 6, 6, 4, 0, 0, 0, 0, 0, -2, -4, 0, 0, 0, -2, -2, 0, 0, -2, -2, -2, -2, 0 ]
（2）设计IIR 滤波器对语音信号进行滤波。
语音信号的频谱分量主要集中在300～3400Hz 的范围内，而高频分量的贡献较小。现有采样频率为16000Hz 的语音信号，设计IIR 滤波器对其进行滤波，滤除幅度较小的高频分量（例如当高频分量幅度低于最高幅度的10%时），保留主要的频谱分量。比较设计参数不同的情况下滤波结果及听觉效果。
拓展部分要求给出系统设计流程，设计程序，并对结果进行分析。 七、实验参考资料
1、高西全,丁玉美.数字信号处理[M].西安：西安电子科技大学出版社,2008
2、张德丰.详解MATLAB 数字信号处理[M].北京：电子工业出版社,2010
3、王月明,张宝华.MATLAB 基础与应用教程[M].北京:北京大学出版社,2012
附录：实验所需部分函数及验证性程序
% 注: wp （或Wp ）为通带截止频率 ws(或Ws)为阻带截止频率 Rp 为通带衰减 As 为阻带衰减
%butterworth 低通滤波器原型设计函数 要求Ws>Wp>0 As>Rp>0 function [b,a]=afd_butt(Wp,Ws,Rp,As)
N=ceil((log10((10^(Rp/10)-1)/(10^(As/10)-1)))/(2*log10(Wp/Ws)));
%上条语句为求滤波器阶数 ])
/(l o g *2)]110/()110[(log [1010/10/10Ws Wp N As Rp --= N 为整数
%ceil 朝正无穷大方向取整
fprintf('\n Butterworth Filter Order=%2.0f\n',N)
OmegaC=Wp/((10^(Rp/10)-1)^(1/(2*N))) %求对应于N 的3db 截止频率
[b,a]=u_buttap(N,OmegaC);
%非归一化Butterworth 模拟低通滤波器原形设计函数 %得到的b,a 分别为传输函数分子、分母多项式系数 function [b,a]=u_buttap(N,Omegac)
[z,p,k]=buttap(N); %归一化巴特沃思模拟低通滤波器原形 %传输函数用极点形式表示 ))
())...(2())(1(()(n p s p s p s k
s H ---=
p=p*Omegac; %将c s s Ω=/代入上式，相当于分子乘以N
c Ω，极点乘以c Ω
k=k*Omegac^N;
B=real(poly(z)); %poly 为构造具有指定根的多项式 real 为求实部 b=k*B;
a=real(poly(p));
%利用脉冲响应不变法从模拟到数字滤波器变换函数 function [b,a]=imp_invr(c,d,T)
[R,p,k]=residue(c,d); %部分分式展开
p=exp(p*T); %从模拟到数字极点对应关系sT
e
z =,部分分式系数相同
[b,a]=residuez(R,p,k); %将部分分式的形式变换成多项式之比的形式 b=real(b'); %求出数字滤波器系数 a=real(a');
%非归一化切比雪夫1型模拟低通滤波器原型设计 function [b,a]=u_chb1ap(N,Rp,Omegac)
[z,p,k]=cheb1ap(N,Rp); %归一化切比雪夫1型模拟低通滤波器原形 a=real(poly(p)); %以下步骤实际上与求巴特沃思滤波器的原理 aNn=a(N+1); %一样，只是所用方法稍有不同。 p=p*Omegac; a=real(poly(p)); aNu=a(N+1); k=k*aNu/aNn; B=real(poly(z)); b=k*B;
模拟滤波器的频率特性可以使用freqs()函数，
%频率响应函数freqz 的修正，此函数可获得滤波器的幅值响应、相位响应及群延迟响应
function [db,mag,pha,w]=freqz_m(b,a);
[H,w]=freqz(b,a,1000,'whole'); %在0-2*pi之间选取N个点计算频率响应H=(H(1:501))'；%频率响应
w=(w(1:501))'; %频率
mag=abs(H); %响应幅度
db=20*log10((mag+eps)/max(mag)); %增益
pha=angle(H); %相位
%利用脉冲响应不变法设计巴特沃思滤波器
%此程序可直接执行，用到上面的扩展程序
wp=0.2*pi;ws=0.3*pi;Rp=1;As=15;T=1;
OmegaP=wp/T;OmegaS=ws/T;
[cs,ds]=afd_butt(OmegaP,OmegaS,Rp,As);
[b,a]=imp_invr(cs,ds,T)
[db,mag,pha,w]=freqz_m(b,a);
subplot(2,1,1);plot(w/pi,mag);
title('digital filter Magnitude Response')
axis([0,1,0,1.1])
subplot(2,1,2);plot(w/pi,db);
title('digital filter Magnitude in DB')
axis([0,1,-40,5]);
%利用双线性变换法设计切比雪夫数字滤波器
%此程序可以直接运行，用到上面的扩展函数
wp=0.2*pi;ws=0.3*pi;Rp=1;As=15;T=1;
OmegaP=(2/T)*tan(wp/2);
OmegaS=(2/T)*tan(ws/2);
ep=sqrt(10^(Rp/10)-1);
Ripple=sqrt(1/(1+ep*ep));
Attn=1/(10^(As/20));
A1=1/Attn;a1=sqrt(A1*A1-1)/ep;
a2=OmegaS/OmegaP;
N=ceil(logm(a1+sqrt(a1*a1-1))/logm(a2+sqrt(a2*a2-1)));
fprintf('\n Chebyshev Filter Order=%2.0f\n',N)
[cs,ds]=u_chb1ap(N,Rp,OmegaP);
[b,a]=bilinear(cs,ds,T)
[db,mag,pha,w]=freqz_m(b,a);
subplot(2,1,1);plot(w/pi,mag);
title('digital filter Magnitude Response'); axis([0,1,0,1.1])
subplot(2,1,2);plot(w/pi,db);
title('digital filter Magnitude in DB'); axis([0,1,-40,5]);
%变直接形式为级联形式 22
,11,22,11,01111011...1...)(--------++++∏=++++++=z A z A z B z B b z a z a z b z b b z H k k k k k N N N
N
function [b0,B,A]=dir2cas(b,a)
b0=b(1);b=b/b0;a0=a(1);a=a/a0;b0=b0/a0; %以上步骤求出系数0b M=length(b); N=length(a); if N>M
b=[b zeros(1,N-M)]; elseif M>N
a=[a zeros(1,M-N)]; else NM=0; end
K=floor(N/2); B=zeros(K,3); A=zeros(K,3); if K*2==N
b=[b 0]; a=[a 0];
end
broots=cplxpair(roots(b)); %以下程序将每两个极点和两个零点组合成二阶因子 aroots=cplxpair(roots(a)); % roots ：求多项式的根 for i=1:2:2*K
Brow=broots(i:1:i+1,:); Brow=real(poly(Brow)); B(fix(i+1)/2,:)=Brow; Arow=aroots(i:1:i+1,:); Arow=real(poly(Arow)); A(fix(i+1)/2,:)=Arow; end
《数字信号处理》实验指导书 光电工程学院二○○九年十月
实验一离散时间信号分析 一、实验目的 1．掌握各种常用的序列，理解其数学表达式和波形表示。 2．掌握在计算机中生成及绘制数字信号波形的方法。 3．掌握序列的相加、相乘、移位、反转等基本运算及计算机实现与作用。 4．掌握线性卷积软件实现的方法。 5．掌握计算机的使用方法和常用系统软件及应用软件的使用。 6．通过编程，上机调试程序，进一步增强使用计算机解决问题的能力。 二、实验原理 1．序列的基本概念 离散时间信号在数学上可用时间序列来表示，其中代表序列的第n个数字，n代表时间的序列，n的取值范围为的整数，n取其它值没有意义。离散时间信号可以是由模拟信号通过采样得到，例如对模拟信号进行等间隔采样，采样间隔为T，得到一个有序的数字序列就是离散时间信号，简称序列。 2．常用序列 常用序列有：单位脉冲序列（单位抽样）、单位阶跃序列、矩形序列、实指数序列、复指数序列、正弦型序列等。 3．序列的基本运算 序列的运算包括移位、反转、和、积、标乘、累加、差分运算等。 4．序列的卷积运算 上式的运算关系称为卷积运算，式中代表两个序列卷积运算。两个序列的卷积是一个序列与另一个序列反褶后逐次移位乘积之和，故称为离散卷积，也称两序列的线性卷积。其计算的过程包括以下4个步骤。 （1）反褶：先将和的变量换成，变成和，再将以纵轴为对称轴反褶成。 （2）移位：将移位，得。当为正数时，右移位；当为负数时，左
移位。 （3）相乘：将和的对应点值相乘。 （4）求和：将以上所有对应点的乘积累加起来，即得。 三、主要实验仪器及材料 微型计算机、Matlab软件6.5或更高版本。 四、实验内容 1．知识准备 认真复习以上基础理论，理解本实验所用到的实验原理。 2．离散时间信号（序列）的产生 利用MATLAB或C语言编程产生和绘制下列有限长序列： （1）单位脉冲序列 （2）单位阶跃序列 （3）矩形序列 （4）正弦型序列 （5）任意序列 3．序列的运算 利用MATLAB编程完成上述两序列的移位、反转、加法、乘法等运算，并绘制运算后序列的波形。 4．卷积运算 利用MATLAB编制一个计算两个序列线性卷积的通用程序，计算上述两序列，并绘制卷积后序列的波形。 5．上机调试并打印或记录实验结果。 6．完成实验报告。 五、实验报告要求 1. 简述实验原理及目的。 2. 给出上述序列的实验结果。 3. 列出计算卷积的公式，画出程序框图，并列出实验程序清单 （可略）（包括必要的程序说明）。 4. 记录调试运行情况及所遇问题的解决方法。 5. 给出实验结果，并对结果做出分析。 6. 简要回答思考题。 1 如何产生方波信号序列和锯齿波信号序列? 2 实验中所产生的正弦序列的频率是多少?是否是周期序列?
实验七小信号放大器特性分析与仿真1，实验目的 使用matlab分析各种小信号放大器的结构、参数及特性，加深对各种小信号放大器的理解和认识 二、实验原理 小信号放大器是电子线路的重要组成部分之一，由于他工作在晶体管的线性区域之内，因此又称为线性放大器。使用MATLAB可仿真小信号放大器的各种参数，如电压增益，输入阻抗，输出阻抗，频率响应等等。 1、晶体三极管的等效电路 常见的晶体三极管等效电路有：低频h参数，共基极T型高频等效电路，混合π型高频等效电路，他们通常用于分析各种小信号晶体管放大器的特性。 共发射极h参数的等效电路如图(a)所示，它适用于对低频放大器进行分析。另外，还存在着一种简化的h参数等效电路，其中忽略晶体管内部的电压反馈系数。共发射极的h参数与各电压电流的关系为。 共基极T型高频等效电路如图(b)所示，适用于共基极高频放大电路进行分析，工作频率可达100MHZ以上。 混合π型高频等效电路如图(c)所示，适用于分析共发射极的高频发达电路。在较宽的频率范围之内，等效电路的参数和工作频率无关。另外还存在着简化的混合π型高频等效电路，其中和处于开路状态。 2、共发射极放大电路 共发射极放大电路是一种使用的最为广泛的放大电路形式，其特点是电压增益和电流增益都比较高。自定义M函数amplifl..m用来仿真共发射极放大电路，使用它可以计算该放大器的的智力参数和交流参数。该
放大器的电路如下图。 MATLAB的特点之一就是适合进行线性代数运算，因此午在分析直流参数或分析交流参数时，都可以采用基尔霍夫定理，然后采用矩阵求逆的方式求出电压和电流的具体数值，进一步便可得到该放大器的各种参数。在分析共发射极放大的交流参数时，采用的晶体管模型是低频H 参数等效电路。一般来说，每个晶体管都可以用三个节点来表示，他们分别是基极集电极和发射极。在计算交流参数过程中，忽略各电容器的容抗。 3、直接耦合放大器 在两个或三个晶体管之间进行直接耦合的放大器称为直接耦合放大器，他多用作音响系统中的前置放大器，录音机内的磁头放大器。直接耦合放大器的主要特点是工作点稳定，电压增益高，下图是一个典型的直接耦合放大电路，它有三个晶体管构成，第一级为低噪声放大，第二级为高增益放大，第三极为射随器，整个放大器的电压增益由负反馈电路确定。由于采用了串联电压负反馈，同时又使用了射随器，因此该电路具有较高的输入阻抗和较低的输出阻抗。 4、差分放大器
实验6 数字滤波器的网络结构 一、实验目的： 1、加深对数字滤波器分类与结构的了解。 2、明确数字滤波器的基本结构及其相互间的转换方法。 3、掌握用MA TLAB 语言进行数字滤波器结构间相互转换的子函数及程序编写方法。 二、实验原理： 1、数字滤波器的分类 离散LSI 系统对信号的响应过程实际上就是对信号进行滤波的过程。因此，离散LSI 系统又称为数字滤波器。 数字滤波器从滤波功能上可以分为低通、高通、带通、带阻以及全通滤波器；根据单位脉冲响应的特性，又可以分为有限长单位脉冲响应滤波器（FIR ）和无限长单位脉冲响应滤波器（IIR ）。 一个离散LSI 系统可以用系统函数来表示： M -m -1-2-m m m=0 012m N -1-2-k -k 12k k k=1 b z b +b z +b z ++b z Y(z)b(z)H(z)=== =X(z)a(z) 1+a z +a z ++a z 1+a z ∑∑ 也可以用差分方程来表示： N M k m k=1 m=0 y(n)+a y(n-k)=b x(n-m)∑∑ 以上两个公式中，当a k 至少有一个不为0时，则在有限Z 平面上存在极点，表达的是以一个IIR 数字滤波器；当a k 全都为0时，系统不存在极点，表达的是一个FIR 数字滤波器。FIR 数字滤波器可以看成是IIR 数字滤波器的a k 全都为0时的一个特例。 IIR 数字滤波器的基本结构分为直接Ⅰ型、直接Ⅱ型、直接Ⅲ型、级联型和并联型。 FIR 数字滤波器的基本结构分为横截型（又称直接型或卷积型）、级联型、线性相位型及频率采样型等。本实验对线性相位型及频率采样型不做讨论，见实验10、12。 另外，滤波器的一种新型结构——格型结构也逐步投入应用，有全零点FIR 系统格型结构、全极点IIR 系统格型结构以及全零极点IIR 系统格型结构。 2、IIR 数字滤波器的基本结构与实现 （1）直接型与级联型、并联型的转换 例6-1 已知一个系统的传递函数为 -1-2-3 -1-2-3 8-4z +11z -2z H(z)=1-1.25z +0.75z -0.125z 将其从直接型（其信号流图如图6-1所示）转换为级联型和并联型。
实验一 序列的产生及绘图 一、实验目的 1．熟悉信号处理软件MATLAB 的使用。 2．离散信号的基本运算实现。 3．了解基本序列及复杂序列的产生方法。 4．运用卷积方法观察系统的时域特性。 5．掌握线性时不变系统的频域表示方法。 二、实验内容 1．熟悉扩展函数 2．运行例题程序 3．编程实现下列内容 （1）利用扩展函数产生序列并画图 (a) )4()2(*2)(--+=n n n x δδ -5<=n<=5 (b) )04.0cos()(n n x π=和)(2.0)04.0cos()(n w n n y +=π 0<=n<=50 w(n)为白噪声 函数为 w=randn(size(n)) （2）设线性移不变系统的抽样响应为 )()9.0()(n u n h n = 输入序列为 )10()()(--=n u n u n x 求系统输出 y(n)并画图 提示: 输出为输入和抽样响应的卷积 三、实验报告要求 1．记录例题程序的实验结果、图形。 2．写出自己编写的程序并记录结果、图形。 注：以下程序中所有以 % 开头的行均为注释， 所有汉字均为注释，%后的内容不用写入程序 %如果要了解哪个函数的应用方法请用help 命令 如help zreos %本软件中 * 表示乘法, 卷积用函数 conv 或修改后的卷积 conv_m %以下是7个扩展函数 %扩展函数1~7的用法和该软件自带函数用法一致,即在调用时要将实参代入 %例：应用扩展函数3需要输入x1(n),x2(n)的值。 %在Command Window （命令窗口）中输入 % n1=1:5; % n2=2:6; % x1=[1 3 5 7 9]; % x2=[2 4 6 8 10]; % [y,n]=sigadd(x1,n1,x2,n2) 即可得两序列相加的结果 %7个扩展函数要分别存到不同的文件中,并且文件名要和该扩展函数的函数名一致 %如产生单位取样序列的函数所存文件的文件名必须为 impseq %1.单位取样序列 x(n)=delta(n-n0) 要求n1<=n0<=n2 function[x,n]=impseq(n0,n1,n2) n=[n1:n2]; x=[(n-n0)==0]; %2.单位阶跃序列 x(n)=u(n-n0) 要求n1<=n0<=n2 function[x,n]=stepseq(n0,n1,n2) n=[n1:n2]; x=[(n-n0)>=0]; %3.信号加 y(n)=x1(n)+x2(n) %find 函数：找出非零元素的索引号 %x1:第一个序列的值，n1:序列x1的索引号 %x2:第二个序列的值，n2:序列x2的索引号 function[y,n]=sigadd(x1,n1,x2,n2) n=min(min(n1),min(n2)):max(max(n1),max(n2));
实验六: 用FFT对信号作频谱分析 一、实验目的 1．了解双音多频信号的产生、检测、包括对双音多频信号进行DFT时的参数选择等。 2．初步了解数字信号处理在是集中的使用方法和重要性。 3．掌握matlab的开发环境。 二、实验原理与方法 1、引言 双音多频（Dual Tone Multi Frequency, DTMF）信号是音频电话中的拨号信号，由美国AT&T贝尔公司实验室研制，并用于电话网络中。这种信号制式具有很高的拨号速度，且容易自动监测识别，很快就代替了原有的用脉冲计数方式的拨号制式。这种双音多频信号制式不仅用在电话网络中，还可以用于传输十进制数据的其它通信系统中，用于电子邮件和银行系统中。这些系统中用户可以用电话发送DTMF信号选择语音菜单进行操作。DTMF信号系统是一个典型的小型信号处理系统，它要用数字方法产生模拟信号并进行传输，其中还用到了D/A变换器；在接收端用A/D变换器将其转换成数字信号，并进行数字信号处理与识别。为了系统的检测速度并降低成本，还开发一种特殊的DFT算法，称为戈泽尔(Goertzel)算法，这种算法既可以用硬件（专用芯片）实现，也可以用软件实现。下面首先介绍双音多频信号的产生方法和检测方法，包括戈泽尔算法，最后进行模拟实验。下面先介绍电话中的DTMF信号的组成。在电话中，数字0~9的中每一个都用两个不同的单音频传输，所用的8个频率分成高频带和低频带两组，低频带有四个频率：679Hz,770Hz,852Hz和941Hz；高频带也有四个频率：1209Hz,1336Hz,1477Hz和1633Hz.。每一个数字均由高、低频带中各一个频率构成，例如1用697Hz和1209Hz两个频率，信号用表示。这样8个频率形成16种不同的双频信号。具体号码以及符号对应的频率如表10.6.1所示。表中最后一列在电话中暂时未用。DTMF信号在电话中有两种作用，一个是用拨号信号去控制交换机接通被叫的用户电话机，另一个作用是控制电话机的各种动作，如播
实验5 抽样定理 一、实验目的： 1、了解用MA TLAB 语言进行时域、频域抽样及信号重建的方法。 2、进一步加深对时域、频域抽样定理的基本原理的理解。 3、观察信号抽样与恢复的图形，掌握采样频率的确定方法和插公式的编程方法。 二、实验原理： 1、时域抽样与信号的重建 （1）对连续信号进行采样 例5-1 已知一个连续时间信号sin sin(),1Hz 3 ππ=0001f(t)=(2f t)+6f t f ，取最高有限带宽频率f m =5f 0，分别显示原连续时间信号波形和F s >2f m 、F s =2f m 、F s <2f m 三情况下抽样信号的波形。 程序清单如下： %分别取Fs=fm ，Fs=2fm ，Fs=3fm 来研究问题 dt=0.1; f0=1; T0=1/f0; m=5*f0; Tm=1/fm; t=-2:dt:2; f=sin(2*pi*f0*t)+1/3*sin(6*pi*f0*t); subplot(4,1,1); plot(t,f); axis([min(t),max(t),1.1*min(f),1.1*max(f)]); title('原连续信号和抽样信号'); for i=1:3; fs=i*fm;Ts=1/fs; n=-2:Ts:2; f=sin(2*pi*f0*n)+1/3*sin(6*pi*f0*n); subplot(4,1,i+1);stem(n,f,'filled'); axis([min(n),max(n),1.1*min(f),1.1*max(f)]); end 程序运行结果如图5-1所示：
原连续信号和抽样信号 图5-1 （2）连续信号和抽样信号的频谱 由理论分析可知，信号的频谱图可以很直观地反映出抽样信号能否恢复原模拟信号。因此，我们对上述三种情况下的时域信号求幅度谱，来进一步分析和验证时域抽样定理。 例5-2编程求解例5-1中连续信号及其三种抽样频率（F s>2f m、F s=2f m、F s<2f m）下的抽样信号的幅度谱。 程序清单如下： dt=0.1;f0=1;T0=1/f0;fm=5*f0;Tm=1/fm; t=-2:dt:2;N=length(t); f=sin(2*pi*f0*t)+1/3*sin(6*pi*f0*t); wm=2*pi*fm;k=0:N-1;w1=k*wm/N; F1=f*exp(-j*t'*w1)*dt;subplot(4,1,1);plot(w1/(2*pi),abs(F1)); axis([0,max(4*fm),1.1*min(abs(F1)),1.1*max(abs(F1))]); for i=1:3; if i<=2 c=0;else c=1;end fs=(i+c)*fm;Ts=1/fs; n=-2:Ts:2;N=length(n); f=sin(2*pi*f0*n)+1/3*sin(6*pi*f0*n); wm=2*pi*fs;k=0:N-1; w=k*wm/N;F=f*exp(-j*n'*w)*Ts; subplot(4,1,i+1);plot(w/(2*pi),abs(F)); axis([0,max(4*fm),1.1*min(abs(F)),1.1*max(abs(F))]); end 程序运行结果如图5-2所示。 由图可见，当满足F s≥2f m条件时，抽样信号的频谱没有混叠现象；当不满足F s≥2f m 条件时，抽样信号的频谱发生了混叠，即图5-2的第二行F s＜2f m的频谱图，，在f m=5f0的围，频谱出现了镜像对称的部分。
实验1认识实验-MATLAB语言上机操作实践 一、实验目的 ㈠了解MATLAB语言的主要特点、作用。 ㈡学会MATLAB主界面简单的操作使用方法。 ㈢学习简单的数组赋值、运算、绘图、流程控制编程。 二、实验原理 ㈠简单的数组赋值方法 MATLAB中的变量和常量都可以是数组（或矩阵）,且每个元素都可以是复数。 在MATLAB指令窗口输入数组A=[1 2 3；4 5 6；7 8 9]，观察输出结果。然后，键入：A（4，2）= 11 键入：A (5，：) = [-13 -14 -15] 键入：A（4，3）= abs (A(5，1)) 键入：A ([2，5]，：) = [ ] 键入：A/2 键入：A (4，：) = [sqrt(3) (4+5)/6*2 –7] 观察以上各输出结果。将A式中分号改为空格或逗号，情况又如何？请在每式的后面标注其含义。 2．在MATLAB指令窗口输入B=[1+2i，3+4i；5+6i ，7+8i], 观察输出结果。 键入：C=[1，3；5，7]+[2，4；6，8]*i，观察输出结果。 如果C式中i前的*号省略，结果如何？ 键入：D = sqrt (2+3i) 键入：D*D 键入：E = C’, F = conj(C), G = conj(C)’ 观察以上各输出结果, 请在每式的后面标注其含义。 3．在MATLAB指令窗口输入H1=ones(3,2)，H2=zeros(2,3)，H3=eye(4)，观察输出结果。 ㈡、数组的基本运算 1．输入A=[1 3 5]，B= [2 4 6]，求C=A+B，D=A-2，E=B-A 2．求F1=A*3，F2=A.*B，F3=A./B，F4=A.\B, F5=B.\A, F6=B.^A, F7=2./B, F8=B.\2 *3．求B'，Z1=A*B’，Z2=B’*A 观察以上各输出结果,比较各种运算的区别，理解其含义。 ㈢、常用函数及相应的信号波形显示 例1：显示曲线f(t)=2sin(2πt)，（t>0） ⅰ点击空白文档图标（New M-file），打开文本编辑器。 ⅱ键入：t=0:0.01:3; (1) f=2*sin(2*pi*t); (2) plot(t,f); title(‘f（t）-t曲线’)； xlabel（‘t’），ylabel（‘f（t）’）；
数字信号处理实验答案 HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】
实验一熟悉Matlab环境 一、实验目的 1.熟悉MATLAB的主要操作命令。 2.学会简单的矩阵输入和数据读写。 3.掌握简单的绘图命令。 4.用MATLAB编程并学会创建函数。 5.观察离散系统的频率响应。 二、实验内容 认真阅读本章附录，在MATLAB环境下重新做一遍附录中的例子，体会各条命令的含义。在熟悉了MATLAB基本命令的基础上，完成以下实验。 上机实验内容： （1）数组的加、减、乘、除和乘方运算。输入A=[1 2 3 4]，B=[3 4 5 6]，求C=A+B，D=A-B，E=A.*B，F=A./B，G=A.^B并用stem语句画出A、B、C、D、E、F、G。 clear all; a=[1 2 3 4]; b=[3 4 5 6]; c=a+b; d=a-b; e=a.*b; f=a./b; g=a.^b; n=1:4; subplot(4,2,1);stem(n,a); xlabel('n');xlim([0 5]);ylabel('A'); subplot(4,2,2);stem(n,b); xlabel('n');xlim([0 5]);ylabel('B'); subplot(4,2,3);stem(n,c); xlabel('n');xlim([0 5]);ylabel('C'); subplot(4,2,4);stem(n,d); xlabel('n');xlim([0 5]);ylabel('D'); subplot(4,2,5);stem(n,e); xlabel('n');xlim([0 5]);ylabel('E'); subplot(4,2,6);stem(n,f); xlabel('n');xlim([0 5]);ylabel('F'); subplot(4,2,7);stem(n,g); xlabel('n');xlim([0 5]);ylabel('G'); （2）用MATLAB实现下列序列： a) x(n)= 0≤n≤15 b) x(n)=e+3j)n 0≤n≤15 c) x(n)=3cosπn+π)+2sinπn+π) 0≤n≤15 d) 将c)中的x(n)扩展为以16为周期的函数x(n)=x(n+16),绘出四个周期。
贵州师范大学 数字信号处理实验讲义 陈世国编
实验一 离散时间信号的产生及信号的卷积和运算 一、实验室名称：数字信号处理实验室 二、实验项目名称：离散时间信号的产生及信号的卷积和运算 三、实验原理： (一)常见的离散时间信号： 1． 单位抽样序列，或称为离散时间冲激，单位冲激： ???=0 1)(n δ ≠=n n 如果)(n δ在时间轴上延迟了k 个单位，得到)(k n -δ即： ? ??=-01)(k n δ 0≠=n k n 2．单位阶跃序列 ?? ?=0 1)(n u 00<≥n n 如果)(n u 在时间轴上延迟了k 个单位，得到)(k n u -即: ? ??=01 )(n u k n k n <≥ 3．正弦序列 0()cos()x n A n ω?=+ 这里， ,,0ωA 和φ都是实数，它们分别称为正弦信号()x n 的振幅，角频率和初始相位。 πω200=f 为频率。 4．复正弦序列 n j e n x ω=)( 5．实指数序列 n A n x α=)( （二）、信号的卷积和运算
)(*)()()()(n h n x m n h m x n y m =-= ∑∞ -∞ = （三）MATLAB 编程介绍： MATLAB 是一套功能强大，但使用方便的工程计算及数据处理软件。其编程风格很简洁，没有太多的语法限制，所以使用起来非常方便，尤其对初学者来说，可以避免去阅读大量的指令系统，以便很快上手编程。值得注意得就是，MATLAB 中把所有参与处理的数据都视为矩阵，并且其函数众多，希望同学注意查看帮助，经过一段时间的训练就会慢慢熟练使用本软件了。关于更多的MATLAB 介绍，请大家查阅MATLAB 有关书籍及MATLAB 软件中的帮助。 本实验中使用到一些MATLAB 的基本函数，其中包括对矩阵操作的函数ones( )、pi 、rand( )、randn( )、zeros( )，基本函数 cos( ), exp( ), imag( ), real( )，数据分析函数sum( )，二维图形处理函数axis 、grid 、legend 、plot 、stem 、title 、xlabel 、ylabel 及通用功能图形函数clf 、subplot 等。 1. 单位脉冲序列 长度为N 的单位脉冲序列)(n δ可以通过下面的MATLAB 命令获得： n=-(N-1):N-1 delt=[)1,1(-N zeros 1 )1,1(-N zeros ]； stem(n,delt) 延迟M 个采样点的长度为N 的单位脉冲序列)(M n -δ(M 实验一 基于Matlab 的数字信号处理基本操作 一、 实验目的：学会运用MA TLAB 表示的常用离散时间信号；学会运用MA TLAB 实现离 散时间信号的基本运算。 二、 实验仪器：电脑一台，MATLAB6.5或更高级版本软件一套。 三、 实验内容： （一） 离散时间信号在MATLAB 中的表示 离散时间信号是指在离散时刻才有定义的信号，简称离散信号，或者序列。离散序列通常用)(n x 来表示，自变量必须是整数。 离散时间信号的波形绘制在MATLAB 中一般用stem 函数。stem 函数的基本用法和plot 函数一样，它绘制的波形图的每个样本点上有一个小圆圈，默认是空心的。如果要实心，需使用参数“fill ”、“filled ”，或者参数“.”。由于MATLAB 中矩阵元素的个数有限，所以MA TLAB 只能表示一定时间范围内有限长度的序列；而对于无限序列，也只能在一定时间范围内表示出来。类似于连续时间信号，离散时间信号也有一些典型的离散时间信号。 1. 单位取样序列 单位取样序列)(n δ，也称为单位冲激序列，定义为 ) 0() 0(0 1)(≠=?? ?=n n n δ 要注意，单位冲激序列不是单位冲激函数的简单离散抽样，它在n =0处是取确定的值1。在MATLAB 中，冲激序列可以通过编写以下的impDT .m 文件来实现，即 function y=impDT(n) y=(n==0); %当参数为0时冲激为1,否则为0 调用该函数时n 必须为整数或整数向量。 【实例1-1】 利用MATLAB 的impDT 函数绘出单位冲激序列的波形图。 解：MATLAB 源程序为 >>n=-3:3; >>x=impDT(n); >>stem(n,x,'fill'),xlabel('n'),grid on >>title('单位冲激序列') >>axis([-3 3 -0.1 1.1]) 程序运行结果如图1-1所示。 图1-1 单位冲激序列 数字信号处理实验讲义 电气与自动化工程学院 DSP实验室 2013年1月 前言 (2) 实验一MATLAB简介 (3) 实验二用FFT实现信号的谱分析 (5) 实验三IIR数字巴特沃思滤波器的设计 (9) 实验四FIR数字滤波器的设计 (10) 存在的问题: 1. Matlab 不熟悉，很多同学都是第一次使用，软件一定要自己多动手，程序要自己编写，学会找错。 2. 程序的路径保存问题：最好不要出现在中文目录下。M文件首字母不要为数字或者下划线，或者其它专用的英文名称，如sin 3. 函数的编写问题和调用问题：函数只是表达一种自变量和应变量间的关系，不要在函数中定义x的取值。在同一个文件夹底下调用，弄清楚函数和变量（向量）的不同 4. 括号的使用，运算中都使用小括号，不要使用大括号或者中括号 5. 向量之间的运算要用点乘,分清是否使用向量函数还是标量函数。 6. 运行下一个程序前，要对前一个程序所遗留下来的变量进行清空。 前言 信号处理与计算机的应用紧密结合。目前广泛应用的MA TLAB工具软件包，以其强大的分析、开发及扩展功能为信号处理提供了强有力的支持。在数字信号处理实验中，我们主要应用MA TLAB的信号处理工具箱及其灵活、便捷的编程工具，通过上机实验，帮助学生学习、掌握和应用MA TLAB软件对信号处理所学的内容加以分析、计算，加深对信号处理基本算法的理解。 实验一MATLAB简介 实验目的 1．熟悉MATLAB软件的使用方法； 2．MA TLAB的绘图功能； 3．用MA TLAB语句实现信号的描述及变换。 实验原理 1．在MA TLAB下编辑和运行程序 在MA TLAB中，对于简单问题可以在命令窗（command windows）直接输入命令，得到结果；对于比较复杂的问题则可以将多个命令放在一个脚本文件中，这个脚本文件是以m 为扩展名的，所以称之为M文件。用M文件进行程序的编辑和运行步骤如下：（1）打开MA TLAB，进入其基本界面； （2）在菜单栏的File项中选择新建一个M文件； （3）在M文件编辑窗口编写程序； （4）完成之后，可以在编辑窗口利用Debug工具调试运行程序，在命令窗口查看输出结果；也可以将此文件保存在某个目录中，在MATLAB的基本窗口中的File项中选择Run The Script，然后选择你所要运行的脚本文件及其路径，即可得出结果；也可以将此文件保存在当前目录中，在MA TLAB命令窗口，“>>”提示符后直接输入文件名。 2．MA TLAB的绘图功能 plot(x,y) 基本绘图函数，绘制x和y之间的坐标图。 figure(n ) 开设一个图形窗口n subplot(m,n,N) 分割图形窗口的MATLAB函数，用于在一个窗口中显示多个图形，将图形窗口分为m行n列，在第N个窗口内绘制图形。 axis([a0,b0,a1,b1] ) 调整坐标轴状态 title(‘’) 给图形加题注 xlabel (‘‘) 给x轴加标注 ylabel (‘‘) 给y轴加标注 grid 给图形加网格线 3．信号描述及变换 信号描述及变换包括连续时间信号和离散时间信号内容，详细内容请见课本第1章、第2章。 数字信号处理实验 实验一 自适应滤波器 一、实验目的 1、掌握功率谱估计方法 2、会用matlab 对功率谱进行仿真 二、实验原理 功率谱估计方法有很多种，一般分成两大类，一类是经典谱估计；另一类是现代谱估计。经典谱估计可以分成两种，一种是BT 法，另一种是周期法；BT 法是先估计自相关函数，然后将相关函数进行傅里叶变换得到功率谱函数。相应公式如下所示： ||1 *0 1 ?()()()(11) ??()(12) N m xx n jwn BT xx m r m x n x n m N P r m e --=∞ -=-∞ =+-=-∑ ∑ 周期图法是采用功率谱的另一种定义，但与BT 法是等价的，相应的功率谱估计如下所示： 21 1? ()()01 (13)N jw jwn xx n P e x n e n N N --== ≤≤--∑ 其计算框图如下所示： 观测数据x(n) FFT 取模的平方 1/N ) (jw xx e ∧ 图1.1周期图法计算用功率谱框图 由于观测数据有限，所以周期图法估计分辨率低，估计误差大。针对经典谱估计的缺点，一般有三种改进方法：平均周期图法、窗函数法和修正的周期图平均法。 三、实验要求 信号是正弦波加正态零均值白噪声，信噪比为10dB，信号频率为2kHZ，取样频率为100kHZ。 四、实验程序与实验结果 （1）用周期图法进行谱估计 A、实验程序： %用周期法进行谱估计 clear all; N1=128;%数据长度 N2=256; N3=512; N4=1024; f=2;%正弦波频率，单位为kHZ fs=100;%抽样频率,单位为kHZ n1=0:N1-1; n2=0:N2-1; n3=0:N3-1; n4=0:N4-1; a=sqrt(20);%由信噪比为10dB计算正弦信号的幅度 本科生实验报告 实验课程数字信号处理基础 学院名称地球物理学院 专业名称地球物理学 学生姓名 学生学号 指导教师王山山 实验地点5417 实验成绩 二〇一四年十一月二〇一四年十二月 填写说明 1、适用于本科生所有的实验报告（印制实验报告册除外）； 2、专业填写为专业全称，有专业方向的用小括号标明； 3、格式要求： ①用A4纸双面打印（封面双面打印）或在A4大小纸上用蓝黑色水笔书写。 ②打印排版：正文用宋体小四号，1.5倍行距，页边距采取默认形式（上下2.54cm， 左右2.54cm，页眉1.5cm，页脚1.75cm）。字符间距为默认值（缩放100%，间距：标准）；页码用小五号字底端居中。 ③具体要求： 题目（二号黑体居中）； 摘要（“摘要”二字用小二号黑体居中，隔行书写摘要的文字部分，小4号宋体）； 关键词（隔行顶格书写“关键词”三字，提炼3-5个关键词，用分号隔开，小4号黑体)； 正文部分采用三级标题； 第1章××(小二号黑体居中，段前0.5行) 1.1 ×××××小三号黑体×××××（段前、段后0.5行） 1.1.1小四号黑体（段前、段后0.5行） 参考文献（黑体小二号居中，段前0.5行），参考文献用五号宋体，参照《参考文献著录规则（GB/T 7714－2005）》。 实验一生成离散信号并计算其振幅谱 并将信号进行奇偶分解 一、实验原理 单位脉冲响应h(t)=exp(-a*t*t)*sin(2*3.14*f*t)进行离散抽样，分别得到t=0.002s，0.009s，0.011s采样的结果。用Excel软件绘图显示计算结果。并将信号进行奇偶分解，分别得到奇对称信号h(n)-h(-n)与偶对称信号h(n)+h(-n)。用Excel 软件绘图显示计算结果。 二、实验程序代码 （1）离散抽样 double a,t; a=2*f*f*log(m); int i; for(i=0;i 本科数字信号处理实验指导书 基于EXP-III（TMS320F2812）实验教学平台 编写：姚晓通 兰州交通大学电工电子实验中心 第一章实验系统介绍 一、系统概述 EL-DSP-EXP III 教学系统是一种综合的教学实验系统，采用模块化分离式结构，使用灵活，方便用户二次开发。通过“E_LAB”和“TECH_V”扩展总线，可以扩展声、光、机、电等不同领域的控制对象。客户可根据自己的需求选用不同类型的CPU适配板，我公司所有CPU适配板是完全兼容的，用户在不需要改变任何配置情况下，更换CPU 适配板即可做TI公司的不同类型的DSP的相关试验。现已开发的CPU板类型有’C5000系列的：5402、5409、5410、5416，’C2000系列的2407、2812。 注：我公司将陆续推出VC5509、ARM系列CPU板，最新产品信息请向总公司或各地分公司咨询。 系统组成框图 实验箱 仿真器 第二章算法实验指导 实验一快速傅立叶变换（FFT）算法实验 一．实验目的 1．加深对DFT算法原理和基本性质的理解； 2．熟悉FFT算法原理和FFT子程序的应用； 3．学习用FFT对连续信号和时域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，以便在实际中正确应用FFT。 二．实验设备 计算机，CCS 2.0 版软件，EXP3实验箱，DSP仿真器，导线 三．基本原理 1．离散傅立叶变换DFT的定义：将时域的采样变换成频域的周期性离散函数，频域的采样也可以变换成时域的周期性离散函数，这样的变换称为离散傅立叶变换，简称DFT。 2．FFT是DFT的一种快速算法，将DFT的N2步运算减少为（N/2）log2N步，极大的提高了运算的速度。 3．旋转因子的变化规律。 4．蝶形运算规律。 5．基2FFT算法。 四．实验步骤 1．复习DFT的定义、性质和用DFT作谱分析的有关内容； 2．复习FFT算法原理与编程思想，并对照DIT-FFT运算流程图和程序框图，了解本实验提供的FFT子程序； 3．阅读本实验所提供的样例子程序； 4．运行CCS软件，对样例程序进行跟踪，分析结果；记录必要的参数。 5．填写实验报告。 6．提供样例程序实验操作说明 A．实验前准备 用导线连接“模拟信号源单元”中2号孔接口“信号源1”和“A/D单元”的2号孔接口“ADIN2”；信号源1选择正弦波，并适当调节波形的频率和幅值，“A/D单元”JP3中的4打到“ON”。S23全部置OFF； B．实验 数字信号处理作业实验题报告 第一章16.(1) 实验目的： 求解差分方程所描述的系统的单位脉冲响应和单位阶跃响应。 实验要求： 运用matlab求出y(n)=0.6y(n-1)-0.08y(n-2)+x(n)的单位脉冲响应和单位阶跃响应的示意图。 源程序： B1=1;A1=[1, -0.6, 0.08]; ys=2; %设差分方程 xn=[1, zeros(1, 20)]; %xn=单位脉冲序列，长度N=31 xi=filtic(B1, A1, ys); hn1=filter(B1, A1, xn, xi); %求系统输出信号hn1 n=0:length(hn1)-1; subplot(2, 1, 1);stem(n, hn1, '.') title('单位脉冲响应'); xlabel('n');ylabel('h(n)') xn=ones(1, 20); sn1=filter(B1, A1, xn, xi); %求系统输出信号sn1 n=0:length(sn1)-1; Subplot(2, 1, 2); stem(n, sn1, '.') title('单位阶跃响应'); xlabel('n'); ylabel('s(n)') 运行结果： 实验分析： 单位脉冲响应逐渐趋于0，阶跃响应保持不变，由此可见，是个稳定系统。 第二章31题 实验目的： 用matlab判断系统是否稳定。 实验要求： 用matlab画出系统的极，零点分布图，输入单位阶跃序列u(n)检查系统是否稳定。 源程序： A=[2, -2.98, 0.17, 2.3418, -1.5147]; B=[0, 0, 1, 5, -50]; subplot(2,1,1); zplane(B,A); %求H(z)的极点 p=roots(A); %求H(z)的模 pm=abs(p); if max(pm)<1 disp('系统因果稳定'), else,disp('系统因果不稳定'),end un=ones(1,800); sn=filter(B, A, un); n=0:length(sn)-1; subplot(2, 1, 2);plot(n, sn) xlabel('n');ylabel('s(n)') 成都理工大学 《信号处理基础》实验 开设时间：2013—2014学年第2学期 题目1：信号的产生和显示 一、实验目的： 认识基本信号 通过使用MATLAB 设计简单程序, 掌握对MATLAB 的基本使用方法 二、实验原理： 找出下列表达式的信号与：正弦信号、最小相位信号、最大相位信号、零相位信号的对应关系。 1、sin60t 2、e-60t sin60t 3、(1- e-60t)sin60t 4、e60t sin60t 三、实验内容： 产生上述信号的信号并显示 （1）t=[-pi/30:0.001:pi/30]; f=sin(60*t); plot(t,f) 产生图形如下： （2）t=[0:0.001:pi/30]; f=exp(-60*t).*sin(60*t); plot(t,f) 产生图形如下: （3）t=[-5*pi/30:0.001:5*pi/30]; f=(1-exp(-60*t)).*sin(60*t); plot(t,f) 产生图形如下： (4) t=[-pi/30:0.001:pi/30]; f=exp(6*t).*sin(60*t); plot(t,f) 产生如下波形: 四、实验结果与讨论： 讨论上述信号的特点 从第一个波形图可以看出，它的波形与正弦函数sin（t）的相像，只是相位上有改变，是一个正弦信号。最大相位信号的能量集中在后面，最小相位能量集中在前面，所以第二个是一个最小相位，第四个是一个最大相位信号。第三个由于波形在t>0时没有，所以是一个零相位信号。 题目2：频谱分析与显示 一、实验目的 初步认识频谱分析 实验一 自适应滤波器 一、实验目的 1、掌握功率谱估计方法 2、会用matlab 对功率谱进行仿真 二、实验原理 功率谱估计方法有很多种，一般分成两大类，一类是经典谱估计；另一类是现代谱估计。经典谱估计可以分成两种，一种是BT 法，另一种是周期法；BT 法是先估计自相关函数，然后将相关函数进行傅里叶变换得到功率谱函数。相应公式如下所示： ||1 *0 1 ?()()()(11) ??()(12) N m xx n jwn BT xx m r m x n x n m N P r m e --=∞ -=-∞ =+-=-∑ ∑ 周期图法是采用功率谱的另一种定义，但与BT 法是等价的，相应的功率谱估计如下所示： 21 1? ()()01 (13)N jw jwn xx n P e x n e n N N --== ≤≤--∑ 其计算框图如下所示： ) (jw xx e ∧ 图1.1周期图法计算用功率谱框图 由于观测数据有限，所以周期图法估计分辨率低，估计误差大。针对经典谱估计的缺点，一般有三种改进方法：平均周期图法、窗函数法和修正的周期图平均法。 三、实验要求 信号是正弦波加正态零均值白噪声，信噪比为10dB，信号频率为2kHZ，取样频率为100kHZ。 四、实验程序与实验结果 （1）用周期图法进行谱估计 A、实验程序： %用周期法进行谱估计 clear all; N1=128;%数据长度 N2=256; N3=512; N4=1024; f=2;%正弦波频率，单位为kHZ fs=100;%抽样频率,单位为kHZ n1=0:N1-1; n2=0:N2-1; n3=0:N3-1; n4=0:N4-1; a=sqrt(20);%由信噪比为10dB计算正弦信号的幅度 数字信号处理实验八 调制解调系统的实现 一、实验目的: （1）深刻理解滤波器的设计指标及根据指标进行数字滤波器设计的过程（2）了解滤波器在通信系统中的应用 二、实验步骤: 1.通过SYSTEMVIEW软件设计与仿真工具，设计一个FIR数字带通滤波器，预先给定截止频率和在截止频率上的幅度值，通过软件设计完后，确认滤波器的阶数和系统函数，画出该滤波器的频率响应曲线，进行技术指标的验证。 建立一个两载波幅度调制与解调的通信系统，将该滤波器作为两个载波分别解调的关键部件，验证其带通的频率特性的有效性。系统框图如下： 规划整个系统，确定系统的采样频率、观测时间、细化并设计整个系统，仿真调整并不断改进达到正确调制、正确滤波、正确解调的目的。（参考文件 zhan3.svu） （1）检查滤波器的波特图，看是否达到预定要求； （2）检查幅度调制的波形以及相加后的信号的波形与频谱是否正常； （3）检查解调后的的基带信号是否正常，分析波形变形的原因和解决措施；（4）实验中必须体现带通滤波器的物理意义和在实际中的应用价值。 2.熟悉matlab中的仿真系统； 3.将1.中设计的SYSTEMVIEW（如zhan3.svu）系统移植到matlab中的仿真环境中，使其达到相同的效果； 4.或者不用仿真环境，编写程序实现该系统，并验证调制解调前后的信号是否一致。 实验总共提供三个单元的时间（6节课）给学生，由学生自行学习和自行设计与移植 三、系统设计 本系统是基于matlab的simulink仿真软件设计的基带信号调制与解调的系统，利用matlab自带的数字信号仿真模块构成其原理框图并通过设置载波、带通滤波器以及低通滤波器等把基带信号经过载波调制后再经乘法器、带通滤波器和低通滤波器等电路系统能解调出基带信号。 1、实验原理框图实验一 基于Matlab的数字信号处理基本
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