电子信息系统仿真课程设计连续时间系统的频域分析与仿真Word格式文档下载.docx
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MATLAB软件简介
1.1MATLAB语言功能
MATLAB功能丰富,可扩展性强。
MATLAB软件包括基本部分和专业扩展两大部分的功能。
基本部分包括:
矩阵的运算和各种变换;
代数和超越方程的求解;
数据处理和傅立叶变换;
数值部分等等,可以充分满足大学理工科本科的计算需要。
扩展部分称为工具箱。
它实际上是用MATLAB的基本语句辩称的各种子程序集,用于解决某一方面的专门问题,或实现某一类的新算法。
MATLAB具有以下基本功能:
(1)数值计算功能;
(2)符号计算功能;
(3)图形处理及可视化功能;
(3)可视化建模及动态仿真功能。
1.2MATLAB语言特点
MATLAB给用户带来的是最直观、最简洁的程序开发环境。
它具有以下特点:
(1)语言简洁紧凑,使用方便灵活,库函数极其丰富。
MATLAB程序书写形式自由,利用起丰富的库函数避开繁杂的子程序编程任务,压缩了一切不必要的编程工作。
由于库函数都由本领域的专家编写,用户不必担心函数的可靠性。
(2)运算符丰富。
由于MATLAB是用C语言编写的,MATLAB提供了和C语言几乎一样多的运算符,灵活使用MATLAB的运算符将使程序变得极为简短。
(3)MATLAB既具有结构化的控制语句(如for循环,while循环,break语句和if语句),又有面向对象编程的特性。
(4)程序限制不严格,程序设计自由度大。
例如,在MATLAB里,用户无需对矩阵预定义就可使用。
(5)程序的可移植性很好,基本上不做修改就可以在各种型号的计算机和操作系统上运行。
(6)MATLAB的图形功能强大。
在FORTRAN和C语言里,绘图都很不容易,但在MATLAB里,数据的可视化非常简单。
MATLAB还具有较强的编辑图形界面的能力。
(7)功能强大的工具箱是MATLAB的另一特色。
MATLAB包含两个部分:
核心部分和各种可选的工具箱。
核心部分中有数百个核心内部函数。
其工具箱又分为两类:
功能性工具箱和学科性工具箱。
功能性工具箱主要用来扩充其符号计算功能,图示建模仿真功能,文字处理功能以及与硬件实时交互功能,而学科性工具箱是专业性比较强的,如control,toolbox,signlproceessing,toolbox,commumnicationtoolbox等。
2对课题内容的分析
2.1连续时间信号概述
在某一时间区间内,除若干个不连续点外,如果任意识可都可给出确定的函数值,则称该信号为连续时间信号,简称为连续信号。
从严格意义上讲,MATLAB数值计算的方法并不能处理连续时间信号,然而,可利用连续信号在等时间间隔的取样值来近似表示连续信号,即当取样时间间隔足够小时,这些离散样值能够被MATLAB处理,并且能较好地近似表示连续信号。
2.2采样定理
对于一个有限频宽信号进行理想采样,当采样频率
时,采样值唯一确定;
当此采样信号通过截止频率
的理想低通滤波器后,原始信号可以完全重建。
通常把最低允许的采样频率2
称为奈奎斯特频率,把最大允许的采样间隔
称为奈奎斯特间隔。
2.3总体思路
利用MATLAB强大的图形处理功能、符号运算功能以及数值计算功能,实现连续时间系统频域分析。
其中分析系统的频率特性时用到了y=abs()、y=angle()、h=freqs(b,a,w)等函数。
实现连续时间信号的采样及重构时把采样分为了过采样、等采样、欠采样三种情况,分别做它们的原信号、采样信号、重构信号的时域波形图,其中用到Sa(t)=sinc(t/pi)、fa=f*Ts*wc/pi*sinc((wc/pi)*(ones(length(nTs),1)*t-nTs'
*ones(1,length(t))))等函数
3设计内容
3.1利用MATLAB分析系统的频率特性
低通滤波器模型:
取k=70,b=10,c=90可得图3.1.1
图
对于低通滤波器,可以从图,当w<
10时1.2>
H(s)>
0.8,而其相频特性为随着w的增加而减小并逐渐趋近于-
。
高通滤波器模型:
以下解法只供参考,方法不唯一:
若令
1)当
,
,可以得出:
2)考虑一种情况:
当
由以上两条件可得
=-90-157j,
=-90+157j,k=1,并由此可通过matlab得图3.1.2
对于高通滤波器,可以从图,当w>
50
时1.2>
0.8,而其相频特性为随着w的增加而减小并逐渐趋近于0。
全通滤波器模型:
可以取
=4,通过matlab可得图3.1.3
当w从0增大时,H(jw)的幅频特性是一条数值为1的水平线,即对输入信号的各频率分量都进行等值传输;
而jw从0开始下降,最终趋于-
这种网络称为全通网络,在传输系统中常用来进行相位校正,如作相位均衡器或移相器。
带通滤波器模型:
可取
=25,b=40,
=18,
=306由matlab可得图3.1.4
对于带通滤波器,可以从图,当40>
w>
0.8,而其相频特性为随着w的增加先增加而后减小并逐渐趋近于-
/2。
3.2用MATLAB实现连续时间信号的采样及重构
我们选取信号f(t)=Sa(t)作为被采样的信号,是因为:
第一,f(t)是一个带限信号,其等于1
;
第二,它是一个典型的信号,是分析其他信号的基础,因此完全有必要对它信号特征详加了解。
此外,应该指出的是,实际信号中,绝大多数都不是严格意义上的带限信号,这时根据实际精度要求来确定信号的带宽
。
过采样是使用远大于奈奎斯特采样频率的频率对输入信号进行采样。
对于f(t)=Sa(t),它的带宽
=1,为了由f(t)的采样信号
不失真的重构f(t),由时域采样定理知采样间隔
,取
,即为过采样。
利用MATLAB中的抽样函数Sinc(t)=sin(
)/
来表示Sa(t),有Sa(t)=Sinc(t/
)。
由采样定理知f(t)=Sa(t)的采样间隔
=
,即为等采样
欠采样的信号频率(大于fs/2),由采样定理知f(t)=Sa(t)的采样间隔
=1.5
,即为欠采样。
4.心得体会
MATLAB是一款很具有使用性的软件,具有很强大的计算仿真等功能。
因此我对于MATLAB这门课程很感兴趣。
在刚开始设计时,很是迷茫,因理论与实际的差别,连设计的题意都不太明白,在逐步的深入学习、了解之后才慢慢进入状态。
开始写程序时更是不知所措,是通过查阅一些图书资料和网上资料后开始逐步入门进入正题。
这次课程设计,因有考试挨着,时间紧迫,我通过多方面地搜集资料,成功地用MATLAB编写出低通、高通、全通、帯通滤波器时域冲激响应波形、频域内幅频特性、相频特性的仿真实现,及过采样、等采样、欠采样的原信号、采样信号、重构信号的时域波形图。
这次课程设计,我明白了一个道理就是要将理论与实际相结合,设计的过程遇到了很多想不到的问题,但认真分析后,我还是将这些问题一一解决,大大深化我对知识的理解程度,增长实践经验。
这表现在我对连续时间系统的频域的理解的加深、MATLAB的功能特性都有了进一步的认识。
总之,一次课程设计让我学到了很多书本上学不到的东西,建议老师以后在课堂中穿插一些设计及应用方面的知识,以便学生更好的学习与掌握一门知识,更会极大题号学生的学习积极性。
5.参考文献
[1]孙祥,徐流美,吴清.MATLAB7.0基础教程.北京:
清华大学出版社,2006
[2]刘泉,姜雪梅.信号与系统.北京:
高等教育出版社,2006
[3]唐向宏,岳恒立,邓雪峰.MATLAB及在电子信息类课程中的应用.北京:
电子工业出版社,2006
[4]赵静,张瑾,高新科.基于MATLAB的通信系统仿真.北京:
北京航空航天大学出版社.2007
[5]梁虹.信号与线性系统分析基于MATLAB的方法与实现.北京:
电子工业出版社,2006.5
[6]郑君里,应启衍,杨为理.信号与系统.北京:
[7]程佩青.数字信号处理.北京:
清华大学出版社,2010
附录
低通
b=90;
a=[11090];
sys=tf(b,a);
t=0:
0.1:
5;
h=impulse(sys,t);
subplot(221);
plot(h);
grid
xlabel('
t'
);
ylabel('
h(t)'
title('
[h,w]=freqs(b,a,100);
h1=abs(h);
h2=angle(h);
subplot(222);
plot(w,h1);
角频率(w)'
幅度'
H(jw)的幅频特性'
subplot(223);
plot(w,h2*180/pi);
相位(度)'
H(jw)的相频特性'
高通
k=1;
b=[100]*k;
a=conv([190+157j],[190-157j]);
10;
全通
b=[-14];
a=[14];
subplot(221)
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