信號(hào)可視化及時(shí)域運(yùn)算課程設(shè)計(jì)(常用連續(xù)信號(hào)及信號(hào)的時(shí)移、反褶、尺度變換)(1)

1、成 績(jī) 評(píng) 定 表學(xué)生姓名田惠勤班級(jí)學(xué)號(hào)1103060301專 業(yè)通信工程課程設(shè)計(jì)題目信號(hào)可視化及時(shí)域運(yùn)算評(píng)語組長(zhǎng)簽字：成績(jī)?nèi)掌?20 年 月 日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué) 院信息科學(xué)與工程專 業(yè)通信工程學(xué)生姓名田惠勤班級(jí)學(xué)號(hào)1103060301課程設(shè)計(jì)題目信號(hào)可視化及時(shí)域運(yùn)算常用連續(xù)信號(hào)及信號(hào)的時(shí)移、反褶、尺度變換內(nèi)容及要求:1、學(xué)習(xí)Matlab軟件知識(shí)及應(yīng)用2、學(xué)習(xí)并研究信號(hào)可視化及時(shí)域運(yùn)算3、利用Matlab編程，完成常用連續(xù)信號(hào)及信號(hào)的時(shí)移、反褶、尺度 變換4、寫出課程設(shè)計(jì)報(bào)告,打印程序，給出運(yùn)行結(jié)果進(jìn)度安排:第一-二天：1、布置課程設(shè)計(jì)任務(wù)、要求 2、學(xué)習(xí)Matlab軟件知識(shí)及應(yīng)用第三-五天：

2、1、利用Matlab編程，完成相應(yīng)的信號(hào)分析與處理課題 2、上機(jī)編程、調(diào)試 3、撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告書 4、答辯，上交報(bào)告指導(dǎo)教師： 201 年 月 日專業(yè)負(fù)責(zé)人：201 年 月 日學(xué)院教學(xué)副院長(zhǎng)：201 年 月 日目錄一、引言1二、Matlab入門22.1 Matlab7.0介紹22.2利用Matlab7.0編程完成習(xí)題設(shè)計(jì)3三、Matlab7.0實(shí)現(xiàn)連續(xù)時(shí)間信號(hào)時(shí)移、反褶、尺度變換的設(shè)計(jì)43.1常用連續(xù)時(shí)間信號(hào)的類別及原理43.2編程設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)43.3運(yùn)行結(jié)果及其分析6四、結(jié)論17五、參考文獻(xiàn)18 一、 引言近年來，計(jì)算機(jī)多媒體教序手段的運(yùn)用逐步普及，大量?jī)?yōu)秀的科學(xué)計(jì)算和系統(tǒng)仿真軟件不斷涌現(xiàn)，

3、為我們實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)和學(xué)生上機(jī)實(shí)驗(yàn)提供了很好的平臺(tái)。通過對(duì)這些軟件的分析和對(duì)比，我們選擇MATLAB語言作為輔助教學(xué)工具，借助MATLAB強(qiáng)大的計(jì)算能力和圖形表現(xiàn)能力，將信號(hào)與系統(tǒng)中的概念、方法和相應(yīng)的結(jié)果，以圖形的形式直觀地展現(xiàn)給我們，大大的方便我們迅速掌握和理解老師上課教的有關(guān)信號(hào)與系統(tǒng)的知識(shí)。MATLAB是當(dāng)前最優(yōu)秀的科學(xué)計(jì)算軟件之一，也是許多科學(xué)領(lǐng)域中分析、應(yīng)用和開發(fā)的基本工具。MATLAB全稱是Matrix Laboratory,是由美國(guó)Mathworks公司于20世紀(jì)80年代推出的數(shù)學(xué)軟件，最初她是一種專門用于矩陣運(yùn)算的軟件，經(jīng)過多年的發(fā)展，MATLAB已經(jīng)發(fā)展成為一種功能全面

4、的軟件，幾乎可以解決科學(xué)計(jì)算中的所有問題。而且MATLAB編寫簡(jiǎn)單、代碼效率高等優(yōu)點(diǎn)使得MATLAB在通信、信號(hào)處理、金融計(jì)算等領(lǐng)域都已經(jīng)被廣泛應(yīng)用。它具有強(qiáng)大的矩陣計(jì)算能力和良好的圖形可視化功能，為用戶提供了非常直觀和簡(jiǎn)潔的程序開發(fā)環(huán)境，因此被稱為第四代計(jì)算機(jī)語言。MATLAB 強(qiáng)大的圖形處理功能及符號(hào)運(yùn)算功能，為我們實(shí)現(xiàn)信號(hào)的可視化及系統(tǒng)分析提供了強(qiáng)有力的工具。MATLAB 強(qiáng)大的工具箱函數(shù)可以分析連續(xù)信號(hào)、連續(xù)系統(tǒng)，同樣也可以分析離散信號(hào)、離散系統(tǒng)，并可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行各種分析域計(jì)算，如相加、相乘、移位、反折、傅里葉變換、拉氏變換、Z 變換等等多種計(jì)算。人們之間的交流是通過消息的傳播來實(shí)現(xiàn)的

5、，信號(hào)則是消息的表現(xiàn)形式，消息是信號(hào)的具體內(nèi)容。信號(hào)與系統(tǒng)課程是一門實(shí)用性較強(qiáng)、涉及面較廣的專業(yè)基礎(chǔ)課，該課程是將學(xué)生從電路分析的知識(shí)領(lǐng)域引入信號(hào)處理與傳輸領(lǐng)域的關(guān)鍵性課程,對(duì)后續(xù)專業(yè)課起著承上啟下的作用. 該課的基本方法和理論大量應(yīng)用于計(jì)算機(jī)信息處理的各個(gè)領(lǐng)域,特別是通信、數(shù)字語音處理、數(shù)字圖像處理、數(shù)字信號(hào)分析等領(lǐng)域,應(yīng)用更為廣泛。作為信號(hào)與系統(tǒng)的基本分析軟件之一，利用MATLAB進(jìn)行信號(hào)與系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)是通信以及信息工程學(xué)科的學(xué)生所要掌握的必要技能之一。通過學(xué)習(xí)并使用MATLAB語言進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)課題的要求，對(duì)學(xué)生能力的培養(yǎng)極為重要。尤其會(huì)提高綜合運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)進(jìn)行分析問題、解決問題的

6、能力，也便于將理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合，并得以更好地掌握信號(hào)分析與處理的基本方法與實(shí)現(xiàn)。這也將為后續(xù)相關(guān)的課程學(xué)習(xí)打下一定的基礎(chǔ),從而在以后相關(guān)課程設(shè)計(jì)與分析的時(shí)候達(dá)到對(duì)MATLAB的熟練應(yīng)用與融會(huì)貫通。二、Matlab入門2.1 Matlab7.0介紹Matlab7.0是美國(guó)Mathworks公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計(jì)算的高級(jí)技術(shù)計(jì)算語言和交互式環(huán)境。它比Matlab的老版本提供了更多更強(qiáng)的新功能和更全面、更方便的聯(lián)機(jī)幫助信息。當(dāng)然也比以前的版本對(duì)于軟件、硬件提出了更高的要求。 MATLAB7.0提供了豐富的庫函數(shù)（稱為M文件），既有常用的基本庫函數(shù)，又

7、有種類齊全、功能豐富多樣的的專用工具箱Toolbox函數(shù)。函數(shù)即是預(yù)先編制好的子程序。在編制程序時(shí)，這些庫函數(shù)都可以被直接調(diào)用。無疑，這會(huì)大大提高編程效率。MATLAB7.0的基本數(shù)據(jù)編程單元是不需要指定維數(shù)的復(fù)數(shù)矩陣，所以在MATLAB環(huán)境下，數(shù)組的操作都如數(shù)的操作一樣簡(jiǎn)單方便。而且，MATLAB7.0界面友好，用戶使用方便。首先，MATLAB具有友好的用戶界面與易學(xué)易用的幫助系統(tǒng)。用戶在命令窗里通過help命令可以查詢某個(gè)函數(shù)的功能及用法，命令的格式極為簡(jiǎn)單。其次，MATLAB程序設(shè)計(jì)語言把編輯、編譯、連接、執(zhí)行、調(diào)試等多個(gè)步驟融為一體，操作極為簡(jiǎn)單。除此之外，MATLAB7.0還具有強(qiáng)大

8、的圖形功能，可以用來繪制多姿多彩的圖形，直觀而形象。在國(guó)內(nèi)外Matlab已經(jīng)經(jīng)受了多年的考驗(yàn)。Matlab7.0功能強(qiáng)大，適用范圍很廣。其可以用來線性代數(shù)里的向量、數(shù)組、矩陣運(yùn)算，復(fù)數(shù)運(yùn)算，高次方程求根，插值與數(shù)值微商運(yùn)算，數(shù)值積分運(yùn)算，常微分方程的數(shù)值積分運(yùn)算、數(shù)值逼近、最優(yōu)化方法等，即差不多所有科學(xué)研究與工程技術(shù)應(yīng)用需要的各方面的計(jì)算，均可用Matlab來解決。綜上所述，在進(jìn)行信號(hào)的分析與仿真時(shí)，MATLAB7.0無疑是一個(gè)強(qiáng)大而實(shí)用的工具。尤其對(duì)于信號(hào)的分析起到了直觀而形象的作用，非常適合與相關(guān)課題的研究與分析。2.2利用Matlab7.0編程完成習(xí)題設(shè)計(jì)在熟悉了MATLAB7.0的基本

9、界面之后，可以通過簡(jiǎn)單的編程與相關(guān)函數(shù)的調(diào)用，實(shí)現(xiàn)一些常用時(shí)間信號(hào)的可視化操作。例如：編程實(shí)現(xiàn)正弦波的仿真。程序如下，直接在命令窗口鍵入如下程序：t=0:0.001:2*pi; w0=2;phi=0; ft1=sin(w0*t+phi); plot(t,ft1)仿真圖形如下： 圖a三、Matlab7.0實(shí)現(xiàn)連續(xù)時(shí)間信號(hào)時(shí)移、反褶、尺度變換的設(shè)計(jì)3.1常用連續(xù)時(shí)間信號(hào)的類別及原理在信號(hào)與系統(tǒng)中，常用的連續(xù)時(shí)間信號(hào)有三角波信號(hào)、指數(shù)信號(hào)、正余弦信號(hào)、抽樣信號(hào)、單位階躍信號(hào)、沖擊信號(hào)等。這些信號(hào)的歸類都是按照函數(shù)取值的連續(xù)性與離散性劃分的。即如果在討論的的時(shí)間間隔內(nèi)，除若干不連續(xù)點(diǎn)之外，對(duì)于任意時(shí)間

10、值都可以給出確定的函數(shù)值，此信號(hào)就稱為連續(xù)信號(hào)。在連續(xù)時(shí)間信號(hào)的時(shí)域運(yùn)算中，信號(hào)的時(shí)移、反褶以及尺度變換都是常見的運(yùn)算。這些運(yùn)算的方法都是直接對(duì)函數(shù)中的自變量t進(jìn)行相應(yīng)的變換，各變換的方法如下：（1）時(shí)移: tt±a, 當(dāng)a大于等于0時(shí)，t左移a個(gè)單位; 當(dāng)a小于0時(shí)，t右移a個(gè)單位。（2）反褶:t-t, 函數(shù)沿縱軸反轉(zhuǎn)180°。（3）尺度變換:ta*t,(a不等于0) t變?yōu)樵瓉淼?/a倍，a小于1時(shí)變寬,a大于1時(shí)變窄,等于1時(shí)保持不變。在編寫程序過程中，可以通過冒號(hào)運(yùn)算符產(chǎn)生一個(gè)行向量定義自變量的取值范圍，通過相關(guān)語句定義坐標(biāo)的縱軸與橫軸取值，通過調(diào)用plot或者ez

11、plot函數(shù)可以實(shí)現(xiàn)相關(guān)運(yùn)算的圖形可視化及其仿真。3.2編程設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)1矩形波：t=-4:0.001:4;T=2;ft=rectpuls(t,T);plot(t,ft)axis(-4,4,-0.5,1.5)2三角波：t=-3:0.001:3;ft=tripuls(t,4,0.5);plot(t,ft)3階躍函數(shù)：syms t yy=heaviside(t);t=-4:0.01:4;ezplot(y,t);grid on4指數(shù)函數(shù)：t=0:001:10;A=1;a=0.4;ft=A*exp(a*t);plot(t,ft)5抽樣函數(shù)：syms t y f y=sinc(2*t);t=0:0.01:

12、pi;ezplot(y,t);grid on6正弦波：t=0:0.001:2*pi;w0=2;phi=0;ft1=sin(w0*t+phi);plot(t,ft1)7余弦波：t=0:0.001:2*pi;w0=2;phi=0;ft1=cos(w0*t+phi);plot(t,ft1)3.3運(yùn)行結(jié)果及其分析對(duì)應(yīng)以上七個(gè)相關(guān)程序以及其中兩個(gè)函數(shù)（含程序）相關(guān)運(yùn)算的可視化及其仿真圖如下：1：矩形波信號(hào) 圖12：三角波信號(hào) 圖23：階躍函數(shù)信號(hào) 圖3 4：指數(shù)函數(shù)信號(hào) 圖45：抽樣信號(hào) 圖56：正弦波 圖67：余弦波 圖78.1：三角波時(shí)移 tt-1 圖8.1程序如下：t=-3:0.001:3;ft=

13、tripuls(t-1,4,0.5);plot(t,ft)8.2：三角波反褶 t-t 圖8.2程序如下：t=-3:0.001:3;ft=tripuls(-t,4,0.5);plot(t,ft)8.3：三角波尺度變換 t2t圖8.3程序如下：t=-3:0.001:3;ft=tripuls(2*t,4,0.5);plot(t,ft)9.1：矩形波時(shí)移 tt+1圖9.1程序如下：t=-4:0.001:4;T=2;ft=rectpuls(t+1,T);plot(t,ft)axis(-4,4,-0.5,1.5)9.2：矩形波反褶 t-t圖9.2程序如下：t=-4:0.001:4;T=2;ft=rectp

14、uls(-t,T);plot(t,ft)axis(-4,4,-0.5,1.5)9.3：矩形波尺度變換 t0.5*t圖9.3程序如下：t=-4:0.001:4;T=2;ft=rectpuls(0.5*t,T);plot(t,ft)axis(-4,4,-0.5,1.5)四、結(jié)論本次課程設(shè)計(jì)過程中，使我<<對(duì)信號(hào)與系統(tǒng)>>這門課有了更深入的了解，也學(xué)會(huì)了使用MATLAB軟件。通過查閱了相關(guān)資料，我了解了通過使用rectpuls可以產(chǎn)生以零為中心的方波，tripuls(t、w、s)制定三角波的寬度為w斜率為s(-1<s<1),由于是第一次做信號(hào)與系統(tǒng)的課程設(shè)計(jì)，對(duì)于

15、相關(guān)設(shè)計(jì)過程和分析方法以及MATLAB軟件的使用并不大熟練。 但功夫不負(fù)有心人，最終還算順利完成，這對(duì)我以后學(xué)習(xí)相關(guān)的課程以及進(jìn)行更高層次的信號(hào)與系統(tǒng)設(shè)計(jì)都奠定了一定的基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)了一些問題，通過咨詢老師和同學(xué)都得到了解決，這些都鍛煉了我自主解決問題的能力。但是我掌握了研究這類問題的方法，即問題解決的過程就是要從問題所表現(xiàn)出來的情況出發(fā)，通過反復(fù)推敲，作出相應(yīng)判斷，逐步找出問題的癥結(jié)所在，從而一舉擊破。在這次信號(hào)與系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)過程中，尤其在使用MATLAB軟件進(jìn)行相關(guān)信號(hào)的仿真與分析時(shí)，這種分析解決問題的能力就更為重要。學(xué)習(xí)任何知識(shí)，僅從理論上去求知，而不去實(shí)踐、探索是不夠的。通過為期

16、數(shù)天的MATLAB課程設(shè)計(jì)，我對(duì)MATLAB這個(gè)仿真軟件有了更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)和了解。在這數(shù)天時(shí)間里，我通過自己摸索，查閱資料，并且在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下完成了常用連續(xù)時(shí)間信號(hào)的編程與仿真；并最終將課程設(shè)計(jì)報(bào)告總結(jié)完畢。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了獨(dú)立思考和設(shè)計(jì)的能力，樹立了對(duì)知識(shí)應(yīng)用的信心，相信會(huì)對(duì)今后的學(xué)習(xí)工作和生活有非常大的幫助，并且提高了自己的動(dòng)手實(shí)踐操作能力， 使自己充分體會(huì)到了在設(shè)計(jì)過程中的成功喜悅。雖然這個(gè)設(shè)計(jì)做的不是太成功，但是在設(shè)計(jì)過程中所學(xué)到的東西是這次課程設(shè)計(jì)的最大收獲和財(cái)富，使我終身受益。對(duì)于MATLAB軟件的使用，本次的課程設(shè)計(jì)讓我對(duì)于信號(hào)與系統(tǒng)這一門學(xué)科有了更深層次的理解，在分析并解決問題的過程中，鞏固了該門學(xué)科的基礎(chǔ)，對(duì)于相關(guān)知識(shí)的認(rèn)知程度有了很大的提高。實(shí)踐是認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)，本次的課程設(shè)計(jì)對(duì)個(gè)人的影響意義深遠(yuǎn)。自己能力的一種提高，通過這次課程設(shè)計(jì)使自己明白了原來的那點(diǎn)知識(shí)是非常欠缺的，要學(xué)習(xí)的東西還很多，通過這次課程設(shè)計(jì)，我明白學(xué)習(xí)是一個(gè)長(zhǎng)期積累的過程，在以后的工作和生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己的知識(shí)和綜合素質(zhì)。希望以后像這樣的課