数字信号处理实验一 离散时间信号分析

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1、数字信号处理实验一离散时间信号分析2013年3月6日一、实验目的1.初步掌握Matlab的使用,掌握编写M文件和函数文件2.掌握各种常用序列的表达,理解其数学表达式和波形表示之间的关系。3.掌握生成及绘制数字信号波形的方法。4.掌握序列的基本运算及实现方法。5.研究信号采样时采样定理的应用问题。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{x(n)}来表示,其中x(n)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-∞

2、例如对模拟信号x(t)a进行等间隔采样,采样间隔为T,得到{xa(nT)}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)δ(n)、单位阶跃序列u(n)、矩形序列RN(n)、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、反褶、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

3、步骤。(1)反褶:先将x(n)和h(n)的变量n换成m,变成x(m)和h(m),再将h(m)以纵轴为对称轴反褶成h(-m)。(2)移位:将h(-m)移位n,得h(n-m)。当n为正数时,右移n位;当n为负数时,左移n位。(3)相乘:将h(n-m)和x(m)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y(n)。三、主要实验仪器及材料PC机、Matlab7.0四、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产生和绘制下列有限长序列:(1)单位

4、脉冲序列δ(n),单位阶跃序列u(n),矩形序列R8(n)程序如下:clear;n=-5:30;x1=[zeros(1,5),1,zeros(1,30)];%定义单位脉冲序列x2=[zeros(1,5),ones(1,31)];%定义单位阶跃序列x3=[zeros(1,5),ones(1,8),zeros(1,23)];%定义矩形序列subplot(3,1,1);stem(n,x1,'fill');gridon;subplot(3,1,2);stem(n,x2,'fill');gridon;subplot(3,1,3);stem

5、(n,x3,'fill');gridon绘制图如下:分析:根据以上三个序列的特点,正确使用零矩阵函数(zeros)和幺矩阵函数(ones)编程;也可以使用for循环语句实现上述序列生成。(2)在一幅图上绘出曲线,和程序如下:clear;t=-15:0.05:20;A=2;x1=A*sin(pi*t/5+pi/3);%定义信号x1x2=A*cos(t-pi/3);%定义信号x2x3=A*sin(3*t).*cos(2*t-pi/3);%定义信号x3plot(t,x1);holdon;%使两个或两个以上的图在同一坐标系中输出plot

6、(t,x2);holdon;plot(t,x3)绘制图如下:=-分析:以上三个三角函数都是周期函数,且幅值相同(A1=A2=A3=2);相位不一样。(3)绘出正弦衰减信号:,A=2,α=0.5,f=2Hz(4)绘出谐波信号:,A1=1,A2=0.5,A3=0.2,f=2Hz程序如下:clear;t=-30:0.01:5;f=2;x4=2*exp(-0.5*t).*sin(2*pi*f*t);%定义正弦衰减x4x5=1*sin(2*pi*f*t)+0.5*sin(2*pi*2*f*t)+0.2*sin(2*pi*3*f*t;%定义

7、谐波信号x5subplot(2,1,1);plot(t,x2);subplot(2,1,2);plot(t,x3)绘制图如下:分析:正弦衰减信号呈指数衰减,谐波信号是周期函数。3.序列的运算生成下列序列:(1)利用MATLAB编程完成上述两序列的卷积,并绘制运算后序列的波形。程序如下:clear;N=8;M=8;L=N+M-1;x=[1,2,3,4,5,zeros(1,3)];%定义序列x(n)h=[1,2,1,2,zeros(1,4)];%定义序列h(n)y=conv(x,h);%x(n)和h(n)的卷积y(n)n=0:L-1

8、;stem(n,y,'fill');gridon绘制图如下:(1)编写一个完成卷积的函数,输入是两个序列,输出是结果。程序如下:function[y,n]=dconv(x,p,h,q);%定义函数x=input('请输入序列1:x(n)=');p=input('

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