创新性实验结题.doc

《创新性实验结题.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、山东科技大学电工电子实验教学中心创新性实验结题报告实验项目名称基于Matlab的信号频谱分析＿组长姓名李兴鹏＿学号手机Email@qq.com专业＿电子信息工程＿班级＿09＿＿指导教师及职称＿＿范迪＿＿开课学期2011至＿2012学年＿1学期提交时间2011年12月20日一、实验摘要本实验以正弦信号的频谱分析为引导，研究正弦信号频谱分析所产生的分析误差，说明对正弦信号进行频谱分析应注意的问题，并总结出一种针对正弦信号相对完善的频谱分析方法。最后将这种方法应用于汽车发动机声音的频谱分析。二、实验目的深入理解FT、DFT、FFT的概念和原理，学会利用FFT获得信号频谱，掌握信号频谱特征的分析方

2、法，熟悉Matlab及其数字信号处理工具箱的使用方法，学习创新性实验报告的撰写方法。三、实验场地及仪器、设备和材料：实验场地：DSP实验室实验仪器、设备：PC兼容机一台，Matlab编程软件。四、实验内容1、实验原理所谓信号的谱分析，就是计算信号的傅立叶变换。DFT是一种时域和频域均离散化的变换，适合数值运算，成为用计算机分析离散信号的和系统的有力工具。用FFT对模拟信号进行谱分析，首先要把模拟信号转换成数字信号，转换时要求知道模拟信号的最高截止频率，以便选择满足采样定理的采样频率。一般选择采样频率是模拟信号中最高频率的3～4倍。另外要选择对模拟信号的观测时间，如果采样频率和观测时间确定，

3、则采样点数也确定了。这里观测时间和对模拟信号进行谱分析的分辨率有关，最小的观测时间和分辨率成倒数关系。要求选择的采样点数和观测时间大于它的最小值。如果要进行谱分析的模拟信号是周期信号，最好选择观测时间是信号周期的整数倍。如果不知道信号的周期，要尽量选择观测时间长一些，以减少截断效应的影响。用FFT对模拟信号作谱分析是一种近似的谱分析。首先一般模拟信号（除周期信号外）的频谱是连续频谱，而用FFT作谱分析得到的是数字谱，因此应该取FFT的点数多一些，用它的包络作为模拟信号的近似谱。另外，如果模拟信号不是严格的带限信号，会因为频谱混叠现象引起谱分析的误差，这种情况下可以预先将模拟信号进行预滤，或

4、者尽量将采样频率取高一些。一般频率混叠发生在折叠频率附近，分析时要注意因频率混叠引起的误差。最后要注意一般模拟信号是无限长的，分析时要截断，截断的长度和分辨率有关，但也要尽量取长一些，取得太短因截断引起的误差会很大。举一个极端的例子，一个周期性正弦波，如果所取观察时间太短，例如取小于一个周期，它的波形和正弦波相差太大，肯定误差很大，但如果取得长一些，即使不是周期的整倍数，这种截断效应也会小一些。2、实验内容利用Maltab自行设计一个基本信号（正弦信号），对之进行频谱分析，并与理论频谱进行对比和讨论。记录一段汽车发动机声音，利用Maltab对之进行频谱分析，得出相关结论。3、实验步骤（1）

5、复习DFT的定义、性质和用DFT作谱分析的有关内容。复习FFT算法原理与编程思想。（2）利用Maltab设计一个正弦信号，尝试使用不同的频率进行采样，观察频谱变化。（3）对正弦信号进行不同截取长度的频谱分析，观察频谱变化。（4）采用不同长度的矩形窗对正弦信号进行截断，观察频谱变化。（5）分析以上现象，找到合适的方法解决以上问题，总结正弦信号进行频谱分析的方法及注意问题。（6）运用此方法汽车发动机声音进行频谱分析。实验可能用到的MATLAB函数：fft();plot();stem();abs();title();xlabel();ylabel();holdon;axis();gridon;s

6、ubplot();sin();五、实验结果与分析1、实验现象、数据记录一、正弦信号及其频谱程序f=1000;t=0:0.:0.003x=sin(2*pi*f*t);subplot(211);plot(t,x);axis([0,0.003,-2,2])xk=fft(x);subplot(212)plot(abs(xk));其理论频谱为两条笔直的线。二、采样所得序列及其频谱程序f=1000;%信号频率Hzfs=16*f;%采样频率HzN=64;%采样点数t=(0:N-1)/fs;%采样时间x=sin(2*pi*f*t);%信号采样值subplot(211)stem(t,x,'.');xk=ff

7、t(x,N);subplot(212)stem(abs(xk),'.');三、改变采样频率1、若将采样频率改为Fs=1.5*f;采样得到的图形与原始信号相差很大，频谱很不准确。2、若将采样频率改为fs=30*f;所截取的序列非整数个周期，对所得频谱也会产生影响。四、改变DFT点数若将xk=fft(x,N);中的N改为16；与N=64时相比，发现频谱发生很大变化。其实这是栅栏效应引起的。我们可以通过增大截取长度来减小频域采