MATLAB課件第六章201404

1、第六章第六章 MATLAB在信號分析與處理中的應用在信號分析與處理中的應用信號及其表示信號及其表示連續(xù)時間信號連續(xù)時間信號離散時間信號離散時間信號信號分析及處理信號分析及處理序列的操作序列的操作信號頻譜分析信號頻譜分析圖像線性變換圖像線性變換6.1 信號及其表示信號及其表示6.1.1 6.1.1 工具箱中的連續(xù)時間信號產(chǎn)生函數(shù)工具箱中的連續(xù)時間信號產(chǎn)生函數(shù)函數(shù)名函數(shù)名功能功能函數(shù)名函數(shù)名功能功能sawtooth鋸齒波或三角波信號鋸齒波或三角波信號pulstran沖激串沖激串square方波信號方波信號rectpule非周期的方波信號非周期的方波信號sincsinc函數(shù)波形函數(shù)波形tripuls

2、非周期的三角波信號非周期的三角波信號chirp調(diào)頻余弦信號調(diào)頻余弦信號vco電壓控制振蕩器電壓控制振蕩器gauspuls高斯正弦脈沖信號高斯正弦脈沖信號gmonopuls 高斯單脈沖信號高斯單脈沖信號 t=0:0.01:6*pi; x=square(t,40) plot(t,x) axis(0,20,-1.1,1.1)例例1. 產(chǎn)生一個方波，正信號產(chǎn)生一個方波，正信號40% fs=10000; t=0:1/fs:1.5; x=sawtooth(2*pi*50*t); plot(t,x) axis(0,0.2,-1,1)例例2. 產(chǎn)生一個產(chǎn)生一個1.5s的的50Hz的鋸齒波，采樣率的鋸齒波，采樣

3、率10kHz. t=linspace(-5,5); x=sinc(t); plot(t,x) 例例3. 產(chǎn)生一個產(chǎn)生一個sinc信號信號. t=0:1/50e3:10e-3; %抽樣頻率抽樣頻率50kHz,抽樣時間抽樣時間10ms d=0:1/1e3:10e-3;0.8.(0:10); %第一列說明每一脈沖的延遲時間，第二列說明每一次第一列說明每一脈沖的延遲時間，第二列說明每一次幅值衰減幅值衰減 x=pulstran(t,d,gauspuls,10e3,0.5); %調(diào)制波為高斯噪聲，頻率調(diào)制波為高斯噪聲，頻率1kHz,帶寬帶寬50% plot(t,x) 例例4. 產(chǎn)生一個脈沖調(diào)制信號產(chǎn)生一個

4、脈沖調(diào)制信號例例. 繪制離散時間信號的棒狀圖。其中繪制離散時間信號的棒狀圖。其中x(-1)=-1, x(0)=1, x(1)=2, x(2)=1, x(3)=0, x(4)=-1。 n=-3:5; %定位時間變量定位時間變量 x=0,0,-1,1,2,1,0,-1,0; stem(n,x); grid; line(-3,5,0,0); xlabel(n); ylabel(xn)6.1.2 離散時間信號的表示離散時間信號的表示1單位脈沖序列單位脈沖序列直接實現(xiàn)：直接實現(xiàn)： n=1:N; x=zeros(1,N); x(1,n0)=1;00001)(nnnnnn2單位階躍序列單位階躍序列 0000

5、1)(nnnnnnu直接實現(xiàn)：直接實現(xiàn)：n=ns:nf; x=(n-n0)=0;6.1.3 幾種常用離散時間信號的表示幾種常用離散時間信號的表示3實指數(shù)序列實指數(shù)序列nanx)(nRa直接實現(xiàn)：直接實現(xiàn)：n=ns:nf; x=a.n;4復指數(shù)序列復指數(shù)序列njenx)()(直接實現(xiàn)：直接實現(xiàn)：n=ns:nf; x=exp(sigema+jw)*n);5正正(余余)弦序列弦序列)cos()(nnx直接實現(xiàn)：直接實現(xiàn)：n=ns:nf; x=cos(w*n+sita); 6.2.1 序列的操作序列的操作 1. 信號加信號加 x(n)=x1(n)+x2(n) MATLAB實現(xiàn)：實現(xiàn)： x=x1+x2;

6、 2. 信號乘信號乘 x(n)=x1(n) x2(n) MATLAB實現(xiàn)：實現(xiàn)： x=x1.*x2;6.2 信號分析與處理信號分析與處理 3. 改變比例改變比例 y(n)=k*x(n) MATLAB實現(xiàn)：實現(xiàn)： y=k*x; 4. 折疊折疊y(n)=x(-n) MATLAB實現(xiàn)：實現(xiàn)： y=fliplr(x); 5. 抽樣和抽樣和 MATLAB實現(xiàn)：實現(xiàn)： y=sum(x(n1:n2);21)(nnnnxy 6. 抽樣積抽樣積 MATLAB實現(xiàn)：實現(xiàn)： y=prod(x(n1:n2); 7. 信號能量信號能量 MATLAB實現(xiàn)：實現(xiàn)： y=sum(abs(x).2); 8. 信號功率信號功率

7、MATLAB實現(xiàn)：實現(xiàn)： y=sum(abs(x).2)/N ;)(21nxynnnnnxEx2)(102)(1NnnxNPx t=(0:0.001:1); x=sin(2*pi*50*t)+2*sin(2*pi*120*t); y1=sum(x(1:50); %抽樣和抽樣和 y2=prod(x(1:50); %抽樣積抽樣積 Ex=sum(abs(x).2); %信號能量信號能量 Px=sum(abs(x).2)/length(x); %信號功率信號功率 例例5 產(chǎn)生一個疊加信號，并計算它的抽樣和、抽樣積、產(chǎn)生一個疊加信號，并計算它的抽樣和、抽樣積、信號能量功率等。信號能量功率等。6.2.2

8、信號頻譜分析信號頻譜分析將時域信號變換至頻域加以分析的方法稱為頻將時域信號變換至頻域加以分析的方法稱為頻譜分析。頻譜分析的目的是把復雜的時間歷程譜分析。頻譜分析的目的是把復雜的時間歷程波形，經(jīng)過傅里葉變換分解為若干單一的諧波波形，經(jīng)過傅里葉變換分解為若干單一的諧波分量來研究，以獲得信號的頻率結構以及各諧分量來研究，以獲得信號的頻率結構以及各諧波和相位信息。波和相位信息。MATLAB頻譜分析頻譜分析函數(shù)函數(shù) y=fft(x)，返回向量，返回向量x的不連續(xù)的不連續(xù)fourier變換變換 信號頻譜分析舉例信號頻譜分析舉例例例6 利用函數(shù)生成一組數(shù)據(jù)用以模擬電力現(xiàn)場利用函數(shù)生成一組數(shù)據(jù)用以模擬電力現(xiàn)場

9、測量數(shù)據(jù)，并利用測量數(shù)據(jù)，并利用MATLAB編程實現(xiàn)其頻譜編程實現(xiàn)其頻譜分析。其中，分析。其中，x=2 sin(2pf1t)+sin(2pf2t)，f1=100，f2=300。在信號。在信號x中加入隨機信號，中加入隨機信號，用以模擬信號噪聲。用以模擬信號噪聲。fs=1000; t=0:1/fs:0.6 %設置采樣頻率為設置采樣頻率為1000 Hzf1=100;f2=300;x=sin(2*pi*f1*t)+sin(2*pi*f2*t);subplot(411);plot(x); title(f1(100Hz)f2(300Hz)xlabel(n); grid on;number=512 %設置用

10、于設置用于FFT計算的數(shù)據(jù)點數(shù)為計算的數(shù)據(jù)點數(shù)為512個；個；y=fft(x,number); %對對x信號進行信號進行512點的傅里葉變換；點的傅里葉變換；n=0:length(y)-1;f=fs*n/length(y) %設置頻率軸坐標設置頻率軸坐標subplot(412)plot(f,abs(y) title(FFT)xlabel(Hz)grid onx=x+randn(size(x); %在信號中加入噪聲在信號中加入噪聲 subplot(413),plot(x)title(含隨機噪聲的信號含隨機噪聲的信號)xlabel(序列序列N),grid ony=fft(x,number); %對

11、含噪聲信號進行對含噪聲信號進行512點的傅立葉變換點的傅立葉變換n=0:length(y)-1;f=fs*n/length(y) %設置頻率軸坐標設置頻率軸坐標subplot(414)plot(f,abs(y)title(含隨機噪聲的信號的含隨機噪聲的信號的FFT)xlabel(Hz)grid6.2.3 圖像灰度線性變換圖像灰度線性變換圖像亮度的最大值與最小值之比稱為對比度，提高圖圖像亮度的最大值與最小值之比稱為對比度，提高圖像的對比度可以使得圖像的灰度層次更加清晰可辨。像的對比度可以使得圖像的灰度層次更加清晰可辨?；叶染€性變換指的是將圖像中某一區(qū)域的灰度值通過灰度線性變換指的是將圖像中某一區(qū)

12、域的灰度值通過線性拉伸至一個更大的范圍，使原本位于該區(qū)域的圖線性拉伸至一個更大的范圍，使原本位于該區(qū)域的圖像對比度得到增強。像對比度得到增強。假定原圖像表示為假定原圖像表示為g(x,y)，現(xiàn)希望將圖像，現(xiàn)希望將圖像g(x,y)的范圍從的范圍從a,b的灰度拉伸至范圍的灰度拉伸至范圍c,d。變換形。變換形式如下：式如下：255),(),(),(),(0),(yxgbdbyxgacayxgabcdayxgcyxg灰度線性變換的灰度線性變換的MATLAB實現(xiàn)實現(xiàn)MATLAB提供函數(shù)提供函數(shù)imadjust來完成灰度線性變換，其來完成灰度線性變換，其調(diào)用形式如下：調(diào)用形式如下：Z=imadjust(x,

13、low_in high_in,low_out high_outx=imread(rice.tif);z=imadjust(x,0.3 0.5, 0 1);subplot(121)imshow(x)subplot(122)imshow(z)圖像分段線性變換圖像分段線性變換分段線性變換指的是將待處理圖像的灰度分割為分段線性變換指的是將待處理圖像的灰度分割為若干區(qū)間，對這些區(qū)間分別進行線性變換的操作。若干區(qū)間，對這些區(qū)間分別進行線性變換的操作。假定原圖像表示為假定原圖像表示為g(x,y)，現(xiàn)將圖像的灰度范圍分，現(xiàn)將圖像的灰度范圍分割成三段：割成三段：0,a),a,b),b,255。變換形式如下：。變換形式如下：255),(),(255255),(),(),(0),(),(yxgbdbyxgbdbyxgacayxgabcdayxgyxgacyxgfunction z=imadjust_sec(x,a,b,c,d)height,width=size(x);x1=im2double(x);for i=1:height for j=