基于matlab的信号与系统仿真分析new

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1、第11卷第2期琼州大学学报2004年4月28日Vol.11No.2JournalofQiongzhouUniversityApr.28.2004基于MATLAB的信号与系统仿真分析刘明(琼州大学物理系,海南五指山572200)摘要:以计算机为辅助教学手段,用信号分析的软件帮助完成数值计算、信号与系统分析的可视化建模及仿真调试。关键词:MATLAB;信号与系统;仿真调试中图分类号:TP391文献标识码:A文章编号:1008-6722(2004)02-0075-030引言x1=23sin(23pi3t)+53cos(83pi3t);“信

2、号与系统”课程是一门实用性较强、涉及面y=fft(x1,N);plot(q,abs(y));gtext(3FFTN=较广的专业基础课[1][2]。用信号分析软件MAT2643)LAB帮助完成数值计算、信号与系统分析,可更快速、准确、形象、直观的得到可视化计算机模拟与仿真,实现最佳教学效果[3][4]。1信号与系统MATLAB实现1.1信号可视化人们很难直接从一大堆原始的离散数据中感受到它们的含义,数据图形恰能使人们直接感受到数据的许多内在的本质。因此,数据可视化是人们研究科学,认识世界不可缺少的手段。图1无干扰withoutdist

3、urbance1.2连续时间函数MATLAB的出现给信号与绘出波形如图1所示系统分析中一些理论的掌握提供了很大的方便。以下就《信号与系统》课程中连续时间信号为例,说明用MATLAB使信号可视化辅助教学效果更佳。例如:分析信号x(t)=2sin(4πt)35cos(8πt)在有无高斯白噪声干扰的频谱差异[5]。虽然我们可以利用傅立叶变换,推导出信号在有无高斯白噪声干扰的频谱成份,但并不能将频谱成份的差异形象直观地反映出来。而利用MATLAB解题如下:%demoexample,N=64,addthenormalsignal(noise)

4、图2有干扰withdisturbance%N′(t),namely,x(t)=23sin(43pi3t)+53figure(2)cos(83pi3t)+0.83N′(t)N=64;n=0;N-1;t=0.013n;q=n3pi32Pfigure(1)N;N=64;n=0;N-1;t=0.01;q=n3pi32PN;x2=23sin(43pi3t)+53cos(83pi3t)+0.8收稿日期:2004-03-08作者简介:刘明(1980-),女,吉林省吉林市人,琼州大学物理系教师.76琼州大学学报(第11卷)20043randn(1,

5、N);subplot(2,2,2),stem(k,Xa,’filled’),title(’模’)y=fft(x2,N);plot(q,abs(y))subplot(2,2,4),stem(k,Xn,’filled’),title(’相角’)kikπP4gtext(3FFTN=64(withnoise)3)实现f(k)=0.9e的MATLAB命令如下:绘出波形如图2所示dfzsu(1,20,0.9,piP4)程序执行后产生图3所示利用MATLAB能形象直观反映信号在有无高斯的波形。白噪声干扰的频谱差异有利于加深对概念的理解。例如:求解

6、正弦序列f(k)=cos(kπP8)的时域波1.3离散系统函数由于MATLAB是一套高性形并观察其周期性。对序列f(k),其角频率ω=πP8,能的数值计算应用软件。它集高效的数值分析、完2πP8=16,故该序列是周期序列,且周期为16。对应备的信号和图形处理、功能丰富的应用工具箱为一的MATLAB命令如下:体,利用MATLAB软件编程可以使一些手工计算非常困难和繁琐的问题得到简化使一些运算量较大、抽象的问题变得简单而直观。节约了课堂教学大量复杂数学推导的时间。kikπP4例如:画出f(k)=0.9e的时域波形,观察信号的时域特性复指

7、数序列波形.如果直接计算后用手工绘制不仅繁琐而且精确度低,但用MATLAB函数来实现不仅快速精确省时还能激发学生的学习兴趣。绘制复指数序列时域波形的MATLAB函数如下:图4正弦序列f(k)=cos(kπP8)的时域波形k=0:40;subplot(2,1,1)stem(k,cos(k3piP8),’filled’)title(’cos(k3piP8)’)命令执行后,绘制的信号波形如图4所示。通过比较发现,利用MATLAB画出的时域波形与理论结果是相符的。无疑,掌握了MATLAB软件,通过编程来解决问题比手工运算要方便、快捷的多。1

8、.4LTI连续系统的冲激响应、阶跃响应在信号与系统中,LTI连续系统用线性常系数微分方程来描述。在已知系统的输入信号及初始状态图3复指数序列波形的情况下,便可用时域经典法求得系统的响应,但对functiondfzsu(n1,n2,r,