实验一离散信号的产生和频谱分析

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1、实验一离散信号的产生和频谱分析一、实验目的仿真掌握采样定理。学会用FFT进行数字谱分析。掌握FFT进行数字谱分析的计算机编程实现方法。培养学生综合分析、解决问题的能力，加深对课堂内容的理解。二、实验要求掌握采样定理和数字谱分析方法；编制FFT程序；完成正弦信号、线性调频信号等模拟水声信号的数字谱分析。三、实验环境实验用的软、硬件环境（软件名称、版木，仪器、设备名称及主要规格等）PC机，Windows2000,office2000,Matlab6.5软件。四、实验内容、步骤实验内容¥•频脉冲（CWP）为=n?cf（+）exp（72对。0。式中，是矩形包络，T是脉冲持续时间，./o是中心

2、频率。矩形络线性调频脉冲信号（LFM）为沁）=+。式中，M是线性调频指数。瞬时频率/。+奶是时间的线性函数，频率调制宽度为B=MT0设参数为./o=2OW/z，T=50ms,B=]QkHz,采样频率/、=100）Wz。1.编程产生单频脉冲、矩形包络线性调频脉冲。2.编程实现这些信号的谱分析。3.编程实现快速傅立叶变换的逆变换。实验步骤1.编程产生单频脉冲、矩形包络线性调频脉冲。2.应用快速傅立叶变换(FFT)求这两种信号的频谱，分析离散谱位置、归一化频率、实际频率的关系。调用函数¥=£^(;(乂)orY=fft(x,N)orY=fft(x,N,dim)o3.对于步骤2的结果，应用快速

3、傅立叶变换的逆变换(IFFT)求两种信号的时域波形，并与己给的单频脉冲、矩形包络线性调频脉冲和伪随机脉冲信号波形进行对照。调用函数又=1£:^(¥)orx=ifft(Y,N)orx=ifft(Y,N,dim)。4.对于步骤2的结果，进行频谱移位调整。将FKT变换的结果Y(频谱数据)进行移位调整，使其符合频谱常观表示方法，调整后，频谱的直流成分(即频率为0处的值)移到频谱的屮间位置。分析离散谱位置、归一化频率、实际频率的关系。移位调整调用函数Z=fftshift(Y)。频率间隔为Fs/N,频率范围为Fs/N*[-N/2:N/2-1]。五、实验结果1.单频脉冲的时域波形和频域波形：单频脉

4、冲时域信号00.0050.010.0150.020.0250.030.0350.040.0450.05时间单频脉冲频域波形60004000鹧&2000-5-4-3-2-10123452.矩形包络线性调频脉冲时域波形和频域波形:矩形包络线性调频脉冲时域信号00.0050.010.0150.020.0250.030.0350.040.0450.05时间矩形包络线性调频脉冲频域波形频率x1043.单频脉冲信号和矩形包络线性调频脉冲信号的反傅里叶变换:单频脉冲信号反傅里叶变换0500100015002000250030003500400045005000时间矩形包络线性调频脉冲反傅里叶变換0

5、500100015002000250030003500400045005000频率1.频谱移位后单频脉冲信号和矩形包络线性调频脉冲信号的频域波形:频谱移位后单频脉冲频域波形600040002000-5-4-3-2-1012345x1040频率2.归一化后的频域波形:归一化后单频脉冲频域波形6000111111111ig4000--2000---1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81频率六、讨论与思考1、总结用MATLAB工具箱函数实现谱分析的方法。(1)、MATLAB屮使用工具箱函数y=fft(x)得到连续信号的离散谱；(2)、使用y=shiftfft(y)函

6、数进行频谱搬移；(3)、使用y=abs(shiftl)函数取得其幅度响应;(4)、使用y=ifft(y)函数进行傅里叶反变换。2、分析数据补零的长短对谱分析结果的影响。进行数据补零的结果就是增加采样点数N,在保持频率采样不变的情况卜，增加对信号的观测时间，可以提高谱分辨率。