实验一 信号的时域采样和时域分析

实验一 信号、系统及系统响应一、实验目的1、熟悉理想采样的性质，了解信号采样前后的频谱变化，加深对时域采样定理的理解。

2、熟悉离散信号和系统的时域特性。

3、熟悉线性卷积的计算编程方法：利用卷积的方法，观察、分析系统响应的时域特性。

4、掌握序列傅里叶变换的计算机实现方法，利用序列的傅里叶变换对离散信号、系统及其系统响应进行频域分析。

二、 实验原理1.理想采样序列：对信号x a (t)=A e −αt sin(Ω0t )u(t)进行理想采样，可以得到一个理想的采样信号序列x a (t)=A e −αt sin(Ω0nT ),0≤n ≤50，其中A 为幅度因子，α是衰减因子，Ω0是频率，T 是采样周期。

2.对一个连续时间信号x a (t)进行理想采样可以表示为该信号与一个周期冲激脉冲的乘积，即x ̂a (t)= x a (t)M(t),其中x ̂a (t)是连续信号x a (t)的理想采样；M(t)是周期冲激M(t)=∑δ+∞−∞(t-nT)=1T ∑e jm Ωs t +∞−∞,其中T 为采样周期，Ωs =2π/T 是采样角频率。

信号理想采样的傅里叶变换为X ̂a (j Ω)=1T ∑X a +∞−∞[j(Ω−k Ωs )],由此式可知：信号理想采样后的频谱是原信号频谱的周期延拓，其延拓周期为Ωs =2π/T 。

根据时域采样定理，如果原信号是带限信号，且采样频率高于原信号最高频率分量的2倍，则采样以后不会发生频率混叠现象。

三、简明步骤产生理想采样信号序列x a (n),使A=444.128，α=50√2π，Ω0=50√2π。

（1） 首先选用采样频率为1000HZ ，T=1/1000，观察所得理想采样信号的幅频特性，在折叠频率以内和给定的理想幅频特性无明显差异，并做记录；（2） 改变采样频率为300HZ ，T=1/300，观察所得到的频谱特性曲线的变化，并做记录；（3） 进一步减小采样频率为200HZ ，T=1/200，观察频谱混淆现象是否明显存在，说明原因，并记录这时候的幅频特性曲线。

第1篇一、实验目的1. 理解信号资源的基本概念和分类。

2. 掌握信号采集、处理和分析的方法。

3. 分析不同信号资源的特点和适用场景。

4. 提高信号处理和分析的实际应用能力。

二、实验背景信号资源在通信、遥感、生物医学等领域具有广泛的应用。

本实验通过对不同类型信号资源的采集、处理和分析，使学生了解信号资源的基本特性，掌握信号处理和分析的方法。

三、实验内容1. 信号采集（1）实验设备：信号发生器、示波器、数据采集卡、计算机等。

（2）实验步骤：1）使用信号发生器产生正弦波、方波、三角波等基本信号。

2）将信号通过数据采集卡输入计算机，进行数字化处理。

3）观察示波器上的波形，确保采集到的信号准确无误。

2. 信号处理（1）实验设备：MATLAB软件、计算机等。

（2）实验步骤：1）利用MATLAB软件对采集到的信号进行时域分析，包括信号的时域波形、平均值、方差、自相关函数等。

2）对信号进行频域分析，包括信号的频谱、功率谱、自功率谱等。

3）对信号进行滤波处理，包括低通、高通、带通、带阻滤波等。

4）对信号进行时频分析，包括短时傅里叶变换（STFT）和小波变换等。

3. 信号分析（1）实验设备：MATLAB软件、计算机等。

（2）实验步骤：1）分析不同类型信号的特点，如正弦波、方波、三角波等。

2）分析信号在不同场景下的应用，如通信、遥感、生物医学等。

3）根据实验结果，总结信号资源的特点和适用场景。

四、实验结果与分析1. 时域分析（1）正弦波信号：具有稳定的频率和幅度，适用于通信、测量等领域。

（2）方波信号：具有周期性的脉冲特性，适用于数字信号处理、数字通信等领域。

（3）三角波信号：具有平滑的过渡特性，适用于模拟信号处理、音频信号处理等领域。

2. 频域分析（1）正弦波信号：频谱只有一个频率成分，适用于通信、测量等领域。

（2）方波信号：频谱包含多个频率成分，适用于数字信号处理、数字通信等领域。

（3）三角波信号：频谱包含多个频率成分，适用于模拟信号处理、音频信号处理等领域。

时域分析实验报告引言时域分析是一种信号处理技术，用于研究信号在时间上的变化。

通过时域分析，我们可以观察信号的幅度、频率、相位和周期等特征。

本实验旨在通过使用适当的时域分析方法，对给定的信号进行分析，并探讨不同方法的优缺点。

实验目的1.了解时域分析的基本概念和原理；2.掌握常见的时域分析方法，并理解它们的适用范围；3.通过实验验证不同的时域分析方法的有效性。

实验步骤1.准备实验所需的信号。

可以选择不同类型的信号，如正弦信号、方波信号或脉冲信号等。

确保信号的采样频率足够高，以避免采样失真。

2.使用示波器或数据采集卡等设备，将信号输入计算机中进行处理和分析。

3.基本时域分析方法：–平均值和标准差：计算信号的平均值和标准差，以了解信号的中心位置和离散程度。

–自相关函数：计算信号与自身的相关性，用于分析信号的周期性。

–傅里叶变换：将信号转换到频域，以获得信号的频谱信息。

–卷积：用于信号的滤波和信号与系统的响应分析。

4.根据实验需要选择适当的时域分析方法进行信号处理和分析。

可以结合不同的方法，以获得更全面的信号特征信息。

实验结果与讨论1.绘制信号的波形图，并观察信号的幅度、频率和相位特征。

2.计算信号的平均值和标准差，并分析信号的中心位置和离散程度。

3.计算信号的自相关函数，并观察信号的周期性。

根据自相关函数的峰值位置和间距，可以估计信号的周期。

4.对信号进行傅里叶变换，并观察信号的频谱特征。

可以通过傅里叶变换结果分析信号的频率成分和能量分布。

5.使用卷积方法对信号进行滤波，并观察滤波效果。

可以选择合适的滤波器来去除信号中的噪声或不需要的频率成分。

6.对比不同的时域分析方法，分析它们在信号处理和分析中的优缺点。

根据实验结果，选择适合特定场景的方法。

结论通过时域分析实验，我们深入了解了时域分析的基本概念和原理，并掌握了常见的时域分析方法。

通过对信号的处理和分析，我们可以获得信号的重要特征信息，如幅度、频率、相位和周期等。

一、实验目的1. 理解信号分析的基本概念和原理；2. 掌握信号的时域和频域分析方法；3. 熟悉MATLAB在信号分析中的应用；4. 培养实验操作能力和数据分析能力。

二、实验原理信号分析是研究信号特性的科学，主要包括信号的时域分析和频域分析。

时域分析关注信号随时间的变化规律，频域分析关注信号中不同频率分量的分布情况。

1. 时域分析：通过对信号进行采样、时域卷积、微分、积分等操作，分析信号的时域特性。

2. 频域分析：通过对信号进行傅里叶变换、频域卷积、滤波等操作，分析信号的频域特性。

三、实验内容1. 信号采集与处理（1）采集一段语音信号，利用MATLAB的录音功能将模拟信号转换为数字信号。

（2）对采集到的信号进行采样，选择合适的采样频率，确保满足奈奎斯特采样定理。

（3）绘制语音信号的时域波形图，观察信号的基本特性。

2. 信号频谱分析（1）对采集到的信号进行傅里叶变换，得到信号的频谱。

（2）绘制信号的频谱图，分析信号的频域特性。

3. 信号滤波（1）设计一个低通滤波器，滤除信号中的高频噪声。

（2）将滤波后的信号与原始信号进行对比，分析滤波效果。

4. 信号调制与解调（1）对原始信号进行幅度调制，产生已调信号。

（2）对已调信号进行解调，恢复原始信号。

（3）分析调制与解调过程中的信号变化。

四、实验步骤1. 采集语音信号，将模拟信号转换为数字信号。

2. 对采集到的信号进行采样，确保满足奈奎斯特采样定理。

3. 绘制语音信号的时域波形图，观察信号的基本特性。

4. 对信号进行傅里叶变换，得到信号的频谱。

5. 绘制信号的频谱图，分析信号的频域特性。

6. 设计低通滤波器，滤除信号中的高频噪声。

7. 对滤波后的信号与原始信号进行对比，分析滤波效果。

8. 对原始信号进行幅度调制，产生已调信号。

9. 对已调信号进行解调，恢复原始信号。

10. 分析调制与解调过程中的信号变化。

五、实验结果与分析1. 时域分析通过观察语音信号的时域波形图，可以看出信号的基本特性，如信号的幅度、频率等。

实验二：时域采样与频域采样一、时域采样1.用MATLAB编程如下:%1时域采样序列分析fs=1000A=444.128; a=222.144; w=222.144; ts=64*10^(-3); fs=1000;T=1/fs;n=0:ts/T-1; xn=A*exp((-a)*n/fs).*sin(w*n/fs); Xk=fft(xn);subplot(3,2,1);stem(n,xn);xlabel('n,fs=1000Hz');ylabel('xn');title('xn');subplot(3,2,2);plot(n,abs(Xk));xlabel('k,fs=1000Hz'); title('|X(k)|');%1时域采样序列分析fs=200A=444.128; a=222.144; w=222.144; ts=64*10^(-3); fs=200;T=1/fs;n=0:ts/T-1; xn=A*exp((-a)*n/fs).*sin(w*n/fs);Xk=fft(xn);subplot(3,2,3);stem(n,xn);xlabel('n,fs=200Hz'); ylabel('xn');title('xn');subplot(3,2,4);plot(n,abs(Xk));xlabel('k,fs=200Hz'); title('|X(k)|');%1时域采样序列分析fs=500A=444.128; a=222.144; w=222.144; ts=64*10^(-3); fs=500;T=1/fs;n=0:ts/T-1; xn=A*exp((-a)*n/fs).*sin(w*n/fs); Xk=fft(xn);subplot(3,2,5);stem(n,xn);xlabel('n,fs=500Hz');ylabel('xn');title('xn');subplot(3,2,6);plot(n,abs(Xk));xlabel('k,fs=500Hz'); title('|X(k)|');2.经调试结果如下图:20406080-200200n,fs=1000Hzxnxn2040608005001000k,fs=1000Hz|X (k)|51015-2000200n,fs=200Hzx nxn510150100200k,fs=200Hz |X(k)|10203040-2000200n,fs=500Hzx nxn102030400500k,fs=500Hz|X (k)|实验结果说明:对时域信号采样频率必须大于等于模拟信号频率的两倍以上,才 能使采样信号的频谱不产生混叠.fs=200Hz 时，采样信号的频谱产生了混叠，fs=500Hz 和fs=1000Hz 时，大于模拟信号频率的两倍以上，采样信号的频谱不产生混叠。

语音信号处理试验实验一：语音信号时域分析实验目的：(1)录制两段语音信号，内容是“语音信号处理”，分男女声。

(2)对语音信号进行采样，观察采样后语音信号的时域波形。

实验步骤：1、使用window自带录音工具录制声音片段使用windows自带录音机录制语音文件，进行数字信号的采集。

启动录音机。

录制一段录音，录音停止后，文件存储器的后缀默认为.Wav。

将录制好文件保存，记录保存路径。

男生女生各录一段保存为test1.wav和test2.wav。

图1基于PC机语音信号采集过程。

2、读取语音信号在MATLAB软件平台下，利用wavread函数对语音信号进行采样，记住采样频率和采样点数。

通过使用wavread函数，理解采样、采样频率、采样位数等概念！Wavread函数调用格式：y=wavread（file），读取file所规定的wav文件，返回采样值放在向量y中。

[y，fs，nbits]=wavread（file），采样值放在向量y中，fs表示采样频率（hz），nbits表示采样位数。

y=wavread（file，N），读取前N点的采样值放在向量y中。

y=wavread（file，[N1，N2]）,读取从N1到N2点的采样值放在向量y中。

3、编程获取语音信号的抽样频率和采样位数。

语音信号为test1.wav和test2.wav，内容为“语音信号处理”，两端语音保存到工作空间work文件夹下。

在M文件中分别输入以下程序，可以分两次输入便于观察。

[y1,fs1,nbits1]=wavread('test1.wav')[y2,fs2,nbits2]=wavread('test2.wav')结果如下图所示根据结果可知：两端语音信号的采样频率为44100HZ，采样位数为16。

4、语音信号的时域分析语音信号的时域分析就是分析和提取语音信号的时域参数。

进行语音分析时，最先接触到并且夜市最直观的是它的时域波形。

一、实验目的1. 理解时域采样定理的基本原理。

2. 掌握信号的采样过程，并分析采样频率对信号的影响。

3. 通过实验验证时域采样定理的正确性。

二、实验原理时域采样定理（Nyquist-Shannon采样定理）指出：一个频带限制在（0，fM）内的信号，如果以不低于2fM的采样频率进行采样，则采样信号能够无失真地恢复原信号。

三、实验设备1. 信号发生器2. 采样器3. 数据采集器4. 计算机5. 信号处理软件（如MATLAB）四、实验步骤1. 设置信号发生器，产生一个频带限制在（0，fM）内的信号，例如正弦波信号，频率为fM。

2. 设置采样器，选择合适的采样频率fS。

根据时域采样定理，fS应满足fS≥2fM。

3. 采集信号，记录采样数据。

4. 利用信号处理软件对采集到的数据进行处理，分析采样频率对信号的影响。

5. 对比不同采样频率下的信号，验证时域采样定理的正确性。

五、实验结果与分析1. 采样频率为fS=2fM时，采样信号能够无失真地恢复原信号。

此时，信号处理软件分析结果显示，信号频谱在fM以下没有出现混叠现象。

2. 采样频率为fS=fM时，采样信号出现失真。

此时，信号处理软件分析结果显示，信号频谱在fM以下出现混叠现象，导致信号失真。

3. 采样频率为fS=1.5fM时，采样信号失真较大。

此时，信号处理软件分析结果显示，信号频谱在fM以下出现较严重的混叠现象，信号失真明显。

六、实验结论通过本次实验，我们验证了时域采样定理的正确性。

实验结果表明，在满足时域采样定理的条件下，采样信号能够无失真地恢复原信号。

同时，实验也表明，采样频率对信号的影响较大，应选择合适的采样频率以保证信号质量。

七、实验总结本次实验使我们深入理解了时域采样定理的基本原理，掌握了信号的采样过程，并分析了采样频率对信号的影响。

通过实验验证了时域采样定理的正确性，提高了我们的信号处理能力。

在今后的学习和工作中，我们将继续关注信号处理技术，不断提高自己的专业知识水平。