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1、第19章信号处理工具箱数字信号处理是一门非常重要的基础学科。在MATLAB中，信号处理工具箱非常的重要。本章首先介绍了常用的离散信号和信号发生器，接着介绍了如何改变信号的采样率。然后介绍了利用MATLAB进行数字滤波，包括FIR滤波器和IIR滤波器等。滤波器是用来消除或减弱干扰噪声，是信号处理中一个非常重要的课题。最后介绍了功率谱估计，包括非参数模型法、参数模型法和子空间法进行功率谱估计。19.1数字信号处理理论首先简单介绍了MATLAB的信号处理工具箱，然后介绍了常用的离散序列，包括单位抽样序列、单位阶跃序列
2、、正弦序列、实指数序列、复指数序列、随机序列和周期序列。最后介绍了信号处理工具箱中的信号发生器，能够产生常用的矩形波和三角波等。19.1.1信号处理工具箱MATLAB的信号处理工具箱提供了大量的函数，包含各种信号处理算法，包括波形产生、数字滤波器、模拟滤波器、线性系统变换、参数建模、线性预测、统计信号处理、倒谱分析和图形用户接口等。19.1.2离散信号实际的信号往往是连续的，经过采样和量化以后变为离散的序列。利用MATLAB可以对离散的序列进行分析和处理。可以采用向量来表示一个有限长度的离散序列。对于数字信号处
3、理工具箱中的大多数函数，都需要一个时间向量。例如，采样率为1000Hz，时间为一秒的时间向量为：t=(0:0.001:1)。19.1.3波形发生器在MATLAB的数字信号处理工具箱中，有多个函数用来产生各种常用的信号波形，例如方波、三角波、脉冲信号等。这些函数如表19.1所示。19.2改变信号的采样率在将信号传送到计算机进行处理时，已经变为数字信号，具有固定的采样率。有时需要改变信号的采样率，提高信号的采样率或降低信号的采样率。在MATLAB的信号处理工具箱提供很多函数来改变信号的采样率。下面进行介绍。19.2
4、.1改变信号的采样率在MATLAB中，采用函数resample()按有理分数来改变信号的采样率，该函数的常用调用格式为：y=resample(x,p,q)：该函数对信号x进行重新采样，采样率为原采样率的p/q倍，其中p和q必须为正整数。如果x为矩阵，则对x的每一列进行重采样。[y,b]=resample(x,p,q)：该函数返回在重采样时的滤波器的系数向量b。19.2.2降低信号的采样率在MATLAB中，可以采用函数downsample()和函数decimate()来降低信号的采样率。函数downsample(
5、)将采样率按整数倍下降，该函数的调用格式为：y=downsample(x,n)：该函数将采样率降为原来的1/n，即每n个采样点中只取其中的第一个采样点。如果x为矩阵，则按矩阵的每一列进行。y=downsample(x,n,phase)：该函数中参数phase为相位，必须为整数，介于0到n-1之间。默认为0。19.2.2降低信号的采样率在MATLAB中，函数decimate()通过低通滤波来降低信号的采样率，该函数的调用格式为：y=decimate(x,r)：该函数降低信号的采样率，输出信号y的长度是信号x的1/
6、r。默认的滤波器为8阶的ChebyshevIIR低通滤波器y=decimate(x,r,n)：该函数中采用n阶ChebyshevIIR滤波器。y=decimate(x,r,'fir')：该函数采用30阶FIR滤波器。y=decimate(x,r,n,'fir')：该函数采用n阶FIR滤波器。19.2.3提高信号的采样率在MATLAB中，采用函数interp()和函数upsample()来提高信号的采样率。函数upsample()将信号的采样率提高整数倍，该函数的调用格式为：y=upsample(x,n)：该函数
7、通过插入n-1个0，将信号的采样率提高n倍。输出信号y的长度为信号x的n倍。如果x为矩阵，则对矩阵的每一列来提高采样率。y=upsample(x,n,phase)：该函数中参数phase为相位，介于0到n-1之间。19.2.3提高信号的采样率在MATLAB中，还可以通过函数interp()来提高信号的采样率。该函数采用低通滤波器来提高信号的采样率，其调用格式为：y=interp(x,r)：该函数将信号的采样率提高r倍。y=interp(x,r,l,alpha)：该函数设置滤波器的长度为l，默认为4，截止频率为a
8、lpha，alpha默认为0.5。[y,b]=interp(x,r,l,alpha)：该函数的返回值b为滤波器的系数。19.3FIR数字滤波器根据信号的不同特性消除或减弱干扰噪声，提取有用信号的过程称为滤波，而实现滤波功能的系统称为滤波器。经典滤波器从功能上可以分为低通、高通、带通和带阻滤波器，每一种又有模拟滤波器和数字滤波器。对于数字滤波器又分为FIR数字滤波器和IIR数字滤波器。下
