随机信号通过线性和非线性系统后的特性分析-实验报告

随机信号分析实验报告目录随机信号分析 (1)实验报告 (1)理想白噪声和带限白噪声的产生与测试 (2)一、摘要 (2)二、实验的背景与目的 (2)背景： (2)实验目的: (2)三、实验原理 (3)四、实验的设计与结果 (4)实验设计: (4)实验结果: (5)五、实验结论 (12)六、参考文献 (13)七、附件 (13)1理想白噪声和带限白噪声的产生与测试一、摘要本文通过利用MATLAB软件仿真来对理想白噪声和带限白噪声进行研究。

理想白噪声通过低通滤波器和带通滤波器分别得到低通带限白噪声和帯通带限白噪声。

在仿真的过程中我们利用MATLAB工具箱中自带的一些函数来对理想白噪声和带限白噪声的均值、均方值、方差、功率谱密度、自相关函数、频谱以及概率密度进行研究，对对它们进行比较分析并讨论其物理意义。

关键词：理想白噪声带限白噪声均值均方值方差功率谱密度自相关函数、频谱以及概率密度二、实验的背景与目的背景：在词典中噪声有两种定义：定义1：干扰人们休息、学习和工作的声音，引起人的心理和生理变化。

定义2：不同频率、不同强度无规则地组合在一起的声音。

如电噪声、机械噪声，可引伸为任何不希望有的干扰。

第一种定义是人们在日常生活中可以感知的，从感性上很容易理解。

而第二种定义则相对抽象一些，大部分应用于机械工程当中。

在这一学期的好几门课程中我们都从不同的方面接触到噪声，如何的利用噪声，把噪声的危害减到最小是一个很热门的话题。

为了加深对噪声的认识与了解，为后面的学习与工作做准备，我们对噪声进行了一些研究与测试。

实验目的:了解理想白噪声和带限白噪声的基本概念并能够区分它们，掌握用MATLAB 或c/c++软件仿真和分析理想白噪声和带限白噪声的方法，掌握理想白噪声和带限白噪声的性质。

三、实验原理所谓白噪声是指它的概率统计特性服从某种分布而它的功率谱密度又是均匀的。

确切的说，白噪声只是一种理想化的模型，因为实际的噪声功率谱密度不可能具有无限宽的带宽，否则它的平均功率将是无限大，是物理上不可实现的。

《信号与线性系统》实验报告实验名称：信号与线性系统实验目的：1.了解信号与线性系统的基本概念和特性；2.掌握各种信号的分类与表示方法；3.学习使用线性系统对信号进行处理和分析。

实验仪器和材料：1.个人计算机；2.MATLAB软件。

实验步骤：1.了解信号与线性系统的基本概念和特性，包括信号的定义、分类与表示方法，线性系统的定义和特性等。

2.利用MATLAB软件，生成常见的信号，如单位阶跃信号、单位冲激信号、正弦信号、方波信号等，通过绘制波形图和频谱图来观察和分析信号的特点。

3.利用MATLAB软件，对生成的信号进行线性系统处理，如信号的平移、尺度变换、基带传输等，通过绘制处理后的信号波形图和频谱图，以及分析其特点和对信号的影响。

4.进一步学习线性系统的时域和频域分析方法，如脉冲响应、冲激响应、幅频特性等，并利用MATLAB软件进行实际操作和分析。

5.对各种信号和线性系统的特性进行总结和归纳，根据实际应用场景，分析信号处理过程中的优缺点和适用性。

实验结果与分析：1.通过绘制波形图和频谱图，观察了不同信号的特点和频谱分布；2.通过对信号进行线性系统处理，观察了信号经过处理后的变化；3.通过对线性系统的时域和频域分析，进一步了解了系统的特性和对信号的影响；4.根据实际应用场景，综合比较了不同信号与线性系统的适用性和优缺点。

实验结论：通过本次实验，我们深入了解了信号与线性系统的基本概念和特性，掌握了各种信号的分类与表示方法，学习了使用线性系统对信号进行处理和分析的方法和技巧。

实验结果表明，信号的特点和频谱分布决定了信号在系统中的处理效果，而线性系统的特性和响应方式会对信号产生明显的影响。

在实际应用中，我们需要综合考虑信号和线性系统的特性，选择合适的信号表示方法和处理方式，以达到预期的信号处理效果。

实验中的问题与改进：在实验过程中，由于时间和资源有限，我们只能选择了部分常见的信号和线性系统进行实验和分析，无法涵盖所有情况。

一、实验目的1. 熟悉信号的时域和频域特性分析方法；2. 掌握傅里叶变换、Z变换等信号分析方法；3. 通过实验，加深对信号处理理论的理解，提高信号分析能力。

二、实验内容及方法1. 实验内容（1）信号的时域分析：观察信号的波形，分析其周期性、幅度、相位等特性；（2）信号的频域分析：利用傅里叶变换、Z变换等方法，分析信号的频谱特性，包括频率、幅度、相位等；（3）信号处理：对信号进行滤波、调制、解调等处理，观察处理效果。

2. 实验方法（1）时域分析：利用示波器观察信号波形，记录关键参数；（2）频域分析：利用傅里叶变换、Z变换等方法，将信号从时域转换到频域，分析频谱特性；（3）信号处理：利用MATLAB等软件进行信号处理，观察处理效果。

三、实验结果与分析1. 时域分析（1）观察信号波形，记录其周期性、幅度、相位等参数；（2）分析信号在时域内的变化规律，如幅度调制、相位调制等。

2. 频域分析（1）利用傅里叶变换、Z变换等方法，将信号从时域转换到频域；（2）分析信号的频谱特性，包括频率、幅度、相位等；（3）观察信号在频域内的变化规律，如滤波、调制等。

3. 信号处理（1）对信号进行滤波、调制、解调等处理；（2）观察处理效果，分析处理方法的优劣。

四、实验结论1. 通过实验，掌握了信号的时域和频域特性分析方法；2. 熟悉了傅里叶变换、Z变换等信号分析方法，能够将信号从时域转换到频域进行分析；3. 提高了信号处理能力，能够对信号进行滤波、调制、解调等处理；4. 加深了对信号处理理论的理解，为今后从事信号处理相关领域的研究和工作奠定了基础。

五、实验注意事项1. 实验过程中，注意信号源的选择和调整，确保信号质量；2. 实验过程中，注意观察信号波形和频谱特性，及时调整实验参数；3. 实验数据处理时，注意数据的准确性和完整性；4. 实验过程中，注意安全操作，防止设备损坏。

六、实验拓展1. 研究不同信号处理方法对信号特性的影响；2. 探讨信号处理在实际工程中的应用；3. 结合实际问题，设计信号处理系统，提高信号处理能力。

第三章 随机信号通过线性系统的分析本章主要内容：● 线性系统的基本理论● 随机信号通过连续时间系统的分析 ● 随机信号通过离散时间系统的分析 ● 色噪声的产生与白化滤波器 ● 等效噪声带宽 ● 解析过程● 窄带随机过程基本概念● 窄带高斯过程包络与相位的概率密度 ● 窄带高斯过程包络平方的概率密度3.1随机信号通过连续时间系统的分析在给定系统的条件下，输出信号的某个统计特性只取决于输入信号的相应的统计特性。

分析方法：卷积积分法；频域法。

3.1.1、时域分析法1、输出表达式（零状态响应，因果系统） 输入为随机信号)(t X 某个实验结果ζ的一个样本函数),(ζt x ，则输出),(ζt y 为：对于所有的ζ，输出为一族样本函数构成随机过程Y(t)：2. 输出的均值：)(*)()(t h t m t m X Y =证明：3．系统输入与输出之间的互相关函数)(*),(),(22121t h t t R t t R X XY = )(*),(),(12121t h t t R t t R X YX =证明：4、系统输出的自相关函数已知输入随机信号的自相关函数，求系统输出端的自相关函数。

显然，有：5、系统输出的高阶距输出n阶矩的一般表达式为注意：上面的分析方法是零状态响应的一般分析方法。

它既适用于输入是平稳随机信号的情况，也适用于输入是非平稳的情况。

3.1.2、系统输出的平稳性及其统计特性的计算1、双侧随机信号在这种情况下，系统输出响应在t＝0时已处于稳态。

（1）若输入X(t)是宽平稳的，则系统输出Y(t)也是宽平稳的，且输入与输出联合宽平稳。

那么由于假定连续系统是稳定的，所以由于输出的均值是常数，而输出的相关函数只是 的函数，且输出均方值有界。

所以，输出随机过程为宽平稳的。

可总结如下：输出均值：输入与输出间的互相关函数为输出的自相关函数为输出的均方值即输出总平均功率为若用卷积的形式，则可分别写为（2）若输入X(t)是严平稳的，则输出Y(t)也是严平稳的。

信号与线性系统分析实验报告专业：学号：姓名:1．画出信号波形（1）)tf t--=e(2t()2()uA=1; a=-2;t=0:0.01:10;ft=2-A*exp(a*t);plot(t,ft);grid on;2）)]u=t+tfπttu-(-(2())1(cos)[A=1; w=pi;t=0:0.01:2;ft=1+A*cos(w*t);plot(t,ft);grid on;2．信号)(f t--=，求)etu2())(2tf-波形2(t2(tf、)A=1; a=-2;t=0:0.01:10;ft=2-A*exp(a*t);subplot(2,2,1);plot(t,ft); grid on;title ('f(t)');ft1=2-A*exp(a*2*t);subplot(2,2,2);plot(t,ft1); grid on;ft2=2-A*exp(a*(2-t))subplot(2,2,3);plot(t,ft2); grid on;title ('f(2-t)');3.绘制单位阶跃序列 (k+5) 的MA TLAB程序：k1=-10;k2=5; k0=5;k=k1:-k0-1; kk=-k0:k2;n=length(k);nn=length(kk);u=zeros(1,n);uu=ones(1,nn);stem(k,u,'filled')hold onstem(kk,uu,'filled')hold offaxis([k1,k2,0,1.5])实验二 1 已知描述系统的微分方程和激励信号e (t ) 分别如下，试用解析方法求系统的单位冲激响应h(t)和零状态响应r (t )，并用MATLAB 绘出系统单位冲激响应和系统零状态响应的波形，验证结果是否相同。

①''()4'()4()'()3()y t y t y t f t f t ++=+；()()t f t e t ε-=分析 1 求冲激响应的MATLAB 程序：a=[1 4 4];b=[1 3];impulse(b,a,4);2求系统零状态响应的MATLAB 程序：a=[1 4 4];b=[1 3];p1=0.01;t1=0:p1:5;x1=exp(-1*t1);lsim(b,a,x1,t1),hold on;p2=0.5;t2=0:p2:5;x2=exp(-1*t2);lsim(b,a,x2,t2),hold off;2. 请用MATLAB 分别求出下列差分方程所描述的离散系统，在0~20时间范围内的单位函数响应和系统零状态响应的数值解，并绘出其波形。