山東建筑大學(xué)數(shù)字型號(hào)處理課程設(shè)計(jì)-基于MATLAB的信號(hào)分析與處理課程設(shè)計(jì)

1、山東建筑大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)題目: 基于MA TLAB的信號(hào)分析與處理課程: 數(shù)字信號(hào)處理課程設(shè)計(jì)院(部: 信息與電氣工程學(xué)院專業(yè): 通信工程班級(jí):學(xué)生姓名:學(xué)號(hào):指導(dǎo)教師:完成日期:目錄目錄 (1摘要 (2正文 (31設(shè)計(jì)目的和要求 (32設(shè)計(jì)原理 (33設(shè)計(jì)內(nèi)容 (4(1程序源代碼 (4(2調(diào)試分析過(guò)程描述 (6(3結(jié)果分析 (12總結(jié)與致謝 (13參考文獻(xiàn) (14摘要隨著計(jì)算機(jī)和信息科學(xué)的飛速發(fā)展,信號(hào)處理逐漸發(fā)展成為一門獨(dú)立的學(xué)科,成為信息科學(xué)的重要組成部分。本文利用MATLAB軟件首先產(chǎn)生成低頻、中頻、高頻三種頻率信號(hào),然后將三種信號(hào)合成為連續(xù)信號(hào),對(duì)連續(xù)周期信號(hào)抽樣、頻譜分析,并設(shè)計(jì)

2、低通、帶通、高通三種濾波器對(duì)信號(hào)濾波,觀察濾出的信號(hào)與原信號(hào)的關(guān)系,并分析了誤差的產(chǎn)生,通對(duì)數(shù)字信號(hào)處理課程的理論知識(shí)的綜合運(yùn)用。從實(shí)踐上初步實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字信號(hào)的處理。關(guān)鍵詞:MATLAB;濾波器;連續(xù)信號(hào);頻譜分析正文1設(shè)計(jì)目的和要求產(chǎn)生一個(gè)連續(xù)信號(hào),包含低頻,中頻,高頻分量,對(duì)其進(jìn)行采樣,進(jìn)行頻譜分析,分別設(shè)計(jì)三種高通,低通,帶通濾波器對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波處理,觀察濾波后信號(hào)的頻譜。2設(shè)計(jì)原理理論上信號(hào)的采樣要符合奈奎斯特采樣定律,就是采樣頻率要高一點(diǎn),一般為被采信號(hào)最高頻率的2倍,只有這樣,才能保證頻域不混疊,也就是采樣出來(lái)數(shù)字信號(hào)中包含了被采信號(hào)的所有信息,而且沒(méi)有引入干擾。這就是信號(hào)的時(shí)域采樣

3、。頻譜分析是指對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻域譜的分析,觀察其頻域的各個(gè)分量的功率大小,其理論基礎(chǔ)是傅立葉變換,現(xiàn)在一般采用數(shù)字的方法,也就是將時(shí)域信號(hào)數(shù)字化后做FFT,可以得到頻域的波形。數(shù)字濾波器是一種用來(lái)過(guò)濾時(shí)間離散信號(hào)的數(shù)字系統(tǒng),通過(guò)對(duì)抽樣數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)處理來(lái)達(dá)到頻域?yàn)V波的目的?？梢栽O(shè)計(jì)系統(tǒng)的頻率響應(yīng),讓它滿足一定的要求,從而對(duì)通過(guò)該系統(tǒng)的信號(hào)的某些特定的頻率成分進(jìn)行過(guò)濾,這就是濾波器的基本原理。如果系統(tǒng)是一個(gè)連續(xù)系統(tǒng),則濾波器稱為模擬濾波器。如果系統(tǒng)是一個(gè)離散系統(tǒng),則濾波器稱為數(shù)字濾波器。信號(hào)通過(guò)線性系統(tǒng)后,其輸出就是輸入信號(hào)和系統(tǒng)沖激響應(yīng)的卷積。除了外,的波形將不同于輸入波形。從頻域分析來(lái)看,信號(hào)通過(guò)

4、線性系統(tǒng)后,輸出信號(hào)的頻譜將是輸入信號(hào)的頻譜與系統(tǒng)傳遞函數(shù)的乘積。除非為常數(shù),否則輸出信號(hào)的頻譜將不同于輸入信號(hào)的頻譜,某些頻率成分較大的模,因此,中這些頻率成分將得到加強(qiáng),而另外一些頻率成分的模很小甚至為零,中這部分頻率分量將被削弱或消失。因此,系統(tǒng)的作用相當(dāng)于對(duì)輸入信號(hào)的頻譜進(jìn)行加權(quán)。IIR濾波器的設(shè)計(jì)原理IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)一般是利用目前已經(jīng)很成熟的模擬濾波器的設(shè)計(jì)方法來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì),通常采用模擬濾波器原型有butterworth函數(shù)、chebyshev函數(shù)、bessel函數(shù)、橢圓濾波器函數(shù)等。IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)步驟:(1按照一定規(guī)則把給定的濾波器技術(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)換為模擬低通濾波器的技術(shù)指標(biāo)

5、;(2根據(jù)模擬濾波器技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)為響應(yīng)的模擬低通濾波器;(3很據(jù)脈沖響應(yīng)不變法和雙線性不變法把模擬濾波器轉(zhuǎn)換為數(shù)字濾波器;(4如果要設(shè)計(jì)的濾波器是高通、帶通或帶阻濾波器,則首先把它們的技術(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)化為模擬低通濾波器的技術(shù)指標(biāo),設(shè)計(jì)為數(shù)字低通濾波器,最后通過(guò)頻率轉(zhuǎn)換的方法來(lái)得到所要的濾波器。本課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)思想:首先利用MATLAB分別產(chǎn)生低頻中頻高頻信號(hào),然后進(jìn)行疊加得到連續(xù)時(shí)間信號(hào);對(duì)所產(chǎn)生的連續(xù)時(shí)間信號(hào)進(jìn)行采樣,得到數(shù)字信號(hào);對(duì)信號(hào)進(jìn)行FFT頻譜分析,繪制其頻譜圖;根據(jù)信號(hào)頻譜分析的結(jié)果,分別設(shè)計(jì)高通,低通,帶通濾波器,得到濾波器的幅頻及相頻特性。3設(shè)計(jì)內(nèi)容(1程序源代碼f1=20;f2=20

6、0;f3=500;t=(1:100/2000;x1=sin(2*pi*t*f1;figure(1;subplot(2,1,1;plot(x1; %繪制x(t的圖形xlabel('t'ylabel('x1(t'title('連續(xù)信號(hào)'grid;x2=sin(2*pi*t*f2;subplot(2,1,2;plot(x2; %繪制x2(t的圖形xlabel('t'ylabel('x2(t'title('連續(xù)信號(hào)'grid;x3=sin(2*pi*t*f3;figure(2;subplot(2,1,1;p

7、lot(x3; %繪制x3(t的圖形xlabel('t'ylabel('x3(t'title('連續(xù)信號(hào)'grid;x=sin(2*pi*t*f1+sin(2*pi*t*f2+sin(2*pi*t*f3;subplot(2,1,2;plot(x; %繪制x(t的圖形xlabel('t'ylabel('x(t'grid;n=1:100;t=n/2000X=fft(x,512;w=(0:255/256*1000;x=sin(2*pi*t*f1+sin(2*pi*t*f2+sin(2*pi*t*f3;figure(3;s

8、tem(x; %繪制x(n的圖形xlabel('n'ylabel('x(n'title('數(shù)字信號(hào)'grid;figure(4;plot(w,abs(X(1:256; %繪制頻譜圖xlabel('Hz'ylabel('頻率響應(yīng)幅度'title('頻譜圖'grid;B,A=butter(8,100/1000,'low'H,w=freqz(B,A,512;figure(5;subplot(2,1,1;plot(w*2000/(2*pi,abs(H; %繪制低通頻譜圖xlabel('

9、;Hz'ylabel('頻率響應(yīng)幅度'title('低通濾波器'grid;subplot(2,1,2;plot(w/(2*pi,angle(H;xlabel('Hz'ylabel('angle'title('相位特性'grid;y=filter(B,A,x;figure(6;subplot(2,1,1;plot(y;xlabel('t'ylabel('x(t'title('連續(xù)信號(hào)'grid;Y=fft(y,512;w=(0:255/256*1000;subp

10、lot(2,1,2;plot(w,abs(Y(1:256; %繪制頻譜圖xlabel('Hz'ylabel('頻率響應(yīng)幅度'title('頻譜圖'grid;n=8;wn=100 300/1000;B,A=butter(n,wn;H,w=freqz(B,A,512;figure(7;subplot(2,1,1;plot(w*2000/(2*pi,abs(H; %繪制帶通頻譜圖xlabel('Hz'ylabel('頻率響應(yīng)幅度'title('帶通濾波器'grid;subplot(2,1,2;plot(w

11、/pi,angle(H;xlabel('Hz'ylabel('angel'grid;y=filter(B,A,x;figure(8;subplot(2,1,1;plot(y;xlabel('t'ylabel('x(t'title('連續(xù)信號(hào)'grid;Y=fft(y,512;w=(0:255/256*1000;subplot(2,1,2;plot(w,abs(Y(1:256; %繪制頻譜圖xlabel('Hz'ylabel('頻率響應(yīng)幅度'title('頻譜圖'gri

12、d;B,A=butter(8,300/1000,'high'H,w=freqz(B,A,512;figure(9;subplot(2,1,1;plot(w*2000/(2*pi,abs(H; %繪制高通頻譜圖xlabel('Hz'ylabel('頻率響應(yīng)幅度'title('高通濾波器'grid;subplot(2,1,2;plot(w/pi,angle(H;xlabel('Hz'ylabel('angle'title('相位特性'grid;y=filter(B,A,x;figure(

13、10;subplot(2,1,1;plot(y;xlabel('t'ylabel('x(t'title('連續(xù)信號(hào)'grid;Y=fft(y,512;w=(0:255/256*1000;subplot(2,1,2;plot(w,abs(Y(1:256; %繪制頻譜圖xlabel('Hz'ylabel('頻率響應(yīng)幅度'title('頻譜圖'grid;(2調(diào)試分析過(guò)程描述 產(chǎn)生的低中高頻信號(hào)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)了濾波器對(duì)連續(xù)信號(hào)濾波不明顯的原因,導(dǎo)致結(jié)果很不理想。經(jīng)過(guò)仔細(xì)檢查源程序,發(fā)現(xiàn)是在設(shè)計(jì)濾波器時(shí)對(duì)濾

14、波器的參數(shù)設(shè)置有一定的誤差,從而導(dǎo)致了結(jié)果的不正確。(3結(jié)果分析由上述結(jié)果顯示,在誤差允許的范圍內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論結(jié)果相同。低通濾波帶通濾波高通濾波后的波形與先前信號(hào)的波形出入不大。出現(xiàn)誤差的原因:在設(shè)計(jì)濾波器的參數(shù)時(shí)并不是十分的準(zhǔn)確,在不同計(jì)算機(jī)上運(yùn)行MATLAB時(shí)會(huì)有一定的偶然誤差,從而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)誤差的存在?？偨Y(jié)與致謝通過(guò)此次數(shù)字信號(hào)處理課程設(shè)計(jì),我了解了關(guān)于MATLAB軟件在數(shù)字信號(hào)處理方面的應(yīng)用,又一次學(xué)習(xí)了MATLAB軟件的使用和程序的設(shè)計(jì),加深了對(duì)MATLAB 的仿真的了解,我對(duì)數(shù)字信號(hào)處理的理解更加加深了一步。MATLAB擁有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)仿真能力,在生產(chǎn)和研究中起著非常大的作用。MAT

15、LAB語(yǔ)言是一種廣泛應(yīng)用于工程計(jì)算及數(shù)值分析領(lǐng)域的新型高級(jí)語(yǔ)言, MATLAB功能強(qiáng)大、簡(jiǎn)單易學(xué)、編程效率高,深受廣大科技工作者的歡迎。特別是MATLAB還具有信號(hào)分析工具箱,不需具備很強(qiáng)的編程能力,就可以很方便地進(jìn)行信號(hào)分析、處理和設(shè)計(jì)。這使得我在以后的學(xué)習(xí)工作做了很好的鋪墊,在這過(guò)程中我遇到了所多的難題,通過(guò)與老師的交流和學(xué)習(xí),讓我學(xué)會(huì)了很多在課堂上沒(méi)有理解的難點(diǎn)。同時(shí)也進(jìn)一步加深了對(duì)MATLAB的理解和認(rèn)識(shí)。MATLAB軟件使得困難、枯燥的數(shù)字處理過(guò)程變得非常簡(jiǎn)單,不僅能夠非常迅速的計(jì)算出幅頻相頻、卷積、DFT、FFT等,而且還能自動(dòng)畫(huà)出連續(xù)、離散的波形曲線。使我們能非常直觀的了解數(shù)字信號(hào)的處理結(jié)果。最后,在這里要感謝老師的指導(dǎo)。沒(méi)有老師的指導(dǎo)督促,本次課程設(shè)計(jì)也不能按時(shí)按質(zhì)的完成。同時(shí)還要感謝同學(xué)的幫助,我們一起查資料、調(diào)程序,一起收獲成功的喜悅。通過(guò)一點(diǎn)一點(diǎn)的積累,我相信我能為祖國(guó)的通信行業(yè)做出我應(yīng)有的貢獻(xiàn)。參考文獻(xiàn)1高西全、丁玉美編著.數(shù)字信號(hào)處理.西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2008.2丁玉美、高西全編著.數(shù)字信號(hào)處理學(xué)習(xí)指導(dǎo).西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2001.3鄭君里等編.信號(hào)與系統(tǒng).北京:高等教育出版社,2000.4劉樹(shù)棠譯.數(shù)字信號(hào)處理使用MATLAB.西安:西安交通大學(xué)出版社,2002.5導(dǎo)