信号实验报告.docx

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信号实验报告

实验报告

专业班级

姓名

学号

成绩评定

考核

内容

实验

表现

实验

报告

实验成果

或答辩

综合评

定成绩

成绩

电气与信息学院

和谐勤奋求是创新

实验教学考核和成绩评定办法

1．课内实验考核成绩，严格按照该课程教学大纲中明确规定的比重执行。

实验成绩不合格者，不能参加课程考试，待补做合格后方能参加考试。

2．单独设立的实验课考核按百分制评分，考核内容应包括基本理论、实验原理和实验。

3．实验考核内容包括：

1）实验预习；2）实验过程（包括实验操作、实验记录和实验态度、表现）；3）实验报告；权重分别为0.2、0.4、0.4；原则上根据上述三个方面进行综合评定。

学生未取得1）和2）项成绩时，第3）项成绩无效。

4．实验指导教师应严格按照考核内容分项给出评定成绩，并及时批改实验报告，给出综合成绩，反馈实验中出现的问题。

实验成绩在教师手册中有记载。

实验报告主要内容

一．实验目的

二．实验仪器及设备

三．实验原理

四．实验步骤

五．实验记录及原始记录

六．数据处理及结论

七.思考题

八．实验体会（可选项）

注：

1.为了节省纸张，保护环境，便于保管实验报告，统一采用A4纸，实验报告建议双面打印（正文采用宋体五号字）或手写,右侧装订。

2.实验类别指验证、演示、综合、设计、创新（研究）、操作六种类型实验。

3.验证性实验：

是指为了使学生巩固课程基本理论知识而开设的强调演示和证明，注重实验结果（事实、概念或理论）的实验。

4.综合性实验：

是指实验内容涉及本课程的综合知识或本课程相关的课程知识的实验。

5.设计性实验：

是指给定实验目的、要求和实验条件，由学生自行设计实验方案并加以实现的实验。

实验题目

实验一系统响应及系统稳定性

实验室

信号实验室

实验时间

2014年11月27日

实验类别

验证

同组人数

1

一实验目的：

1．掌握求系统响应的方法；

2.掌握时域离散系统的时域特性；

3.分析观察及检验系统的稳定性；

二实验装置及设备：

计算机MATLAB软件

三实验原理及方法

在时域中，描写系统特性的方法是差分方程和单位脉冲响应，在频域可以用系统函数描述系统特性。

本实验在时域内求解，可以用MATLAB语言的工具箱函数filter函数，实际中，如果系统稳定，信号加入系统后，系统输出的开始一段称为暂态效应，随n的增大，幅度趋于稳定，达到稳定输出。

四实验内容及步骤：

（1）编制程序，包括产生输入信号、单位脉冲响应序列的子程序等，用filter函数或者conv函数求解系统输出响应的主程序。

程序中要有绘制信号波形的功能。

（2）给定低通滤波器的差分方程，分别求出起系统响应并画出波形。

（3）给定系统的单位脉冲响应，用线性卷积法求输出响应，画出波形

（4）给定一谐振器的差分方程，用试验方法检查系统是否稳定。

五实验程序及结果：

A=[1,-0.9];B=[0.05,0.05];%系统差分方程系数向量B和A

x1n=[11111111zeros（1,50）];%产生信号x1（n）=R8（n）

x2n=ones（1,128）;%产生信号x2（n）=u（n）

y1n=filter（B,A,x1n）;%求系统对x1（n）的响应y1（n）

n=0:

length（y1n）-1;

subplot（2,2,1）;stem（n,y1n,'.'）;title（'（a）系统对R8（n）的响应y1（n）'）;xlabel（'n'）;ylabel（'y1（n）'）;

y2n=filter（B,A,x2n）;%求系统对x2（n）的响应y2（n）

n=0:

length（y2n）-1;

subplot（2,2,2）;stem（n,y2n,'.'）;title（'（b）系统对u（n）的响应y2（n）'）;xlabel（'n'）;ylabel（'y2（n）'）;

hn=impz（B,A,58）;%求系统单位脉冲响应h（n）

n=0:

length（hn）-1;

subplot（2,2,3）;y=hn;stem（n,hn,'.'）;title（'（c）系统单位脉冲响应h（n）'）;xlabel（'n'）;ylabel（'h（n）'）;

A=[1,-0.9];B=[0.05,0.05];%系统差分方程系数向量B和A

x1n=[11111111zeros（1,50）];%产生信号x1（n）=R8（n）

x2n=ones（1,128）;%产生信号x2（n）=u（n）

y1n=filter（B,A,x1n）;%求系统对x1（n）的响应y1（n）

n=0:

length（y1n）-1;

subplot（2,2,1）;stem（n,y1n,'.'）;title（'电子1242-07号-王志杰（a）系统对R8（n）的响应y1（n）'）;xlabel（'n'）;ylabel（'y1（n）'）;

y2n=filter（B,A,x2n）;%求系统对x2（n）的响应y2（n）

n=0:

length（y2n）-1;

subplot（2,2,2）;stem（n,y2n,'.'）;title（'电子1242-07号-王志杰（b）系统对u（n）的响应y2（n）'）;xlabel（'n'）;ylabel（'y2（n）'）;

hn=impz（B,A,58）;%求系统单位脉冲响应h（n）

n=0:

length（hn）-1;

subplot（2,2,3）;y=hn;stem（n,hn,'.'）;title（'电子1242-07号-王志杰（c）系统单位脉冲响应h（n）'）;xlabel（'n'）;ylabel（'h（n）'）;

x1n=[11111111];%产生信号x1（n）=R8（n）

h1n=ones（1,10）;h2n=[12.52.51];

y21n=conv（h1n,x1n）;y22n=conv（h2n,x1n）;

figure

（2）

n=0:

length（h1n）-1;

subplot（2,2,1）;stem（n,h1n）;title（'电子1242-07号-王志杰（d）系统单位脉冲响应h1n'）;xlabel（'n'）;ylabel（'h1（n）'）;

n=0:

length（y21n）-1;

subplot（2,2,2）;stem（n,y21n）;title（'电子1242-07号-王志杰（e）h1（n）与R8（n）的卷积y21n'）;xlabel（'n'）;ylabel（'y21（n）'）;

n=0:

length（h2n）-1;

subplot（2,2,3）;stem（n,h2n）;title（'电子1242-07号-王志杰（f）系统单位脉冲响应h2n'）;xlabel（'n'）;ylabel（'h2（n）'）;

n=0:

length（y22n）-1;

subplot（2,2,4）;stem（n,y22n）;title（'电子1242-07号-王志杰（g）h2（n）与R8（n）的卷积y22n'）;xlabel（'n'）;ylabel（'y22（n）'）;

un=ones（1,256）;%产生信号u（n）

n=0:

255;

xsin=sin（0.014*n）+sin（0.4*n）;%产生正弦信号

A=[1,-1.8237,0.9801];B=[1/100.49,0,-1/100.49];%系统差分方程系数向量B和A

y31n=filter（B,A,un）;%谐振器对u（n）的响应y31（n）

y32n=filter（B,A,xsin）;%谐振器对u（n）的响应y31（n）

figure（3）

n=0:

length（y31n）-1;

subplot（2,1,1）;stem（n,y31n,'.'）;title（'电子1242-07号-王志杰（h）谐振器对u（n）的响应y31n'）;xlabel（'n'）;ylabel（'y31（n）'）;

n=0:

length（y32n）-1;

subplot（2,1,2）;stem（n,y32n,'.'）;title（'电子1242-07号-王志杰（i）谐振器对正弦信号的响应y32n'）;xlabel（'n'）;ylabel（'y32（n）'）;

六实验体会

通过这次系统响应及系统稳定性的实验使我掌握了求解系统响应的方法，掌握了时域离散系统的时域特性，使我对分析观察以及检验系统稳定性的整体思路和方法有了全面的掌握，在实验过程中，又重温了MATLAB软件的使用方法。

实验题目

实验二用FFT对信号作频谱分析

实验室

信号实验室

实验时间

2014年12月2日

实验类别

验证

同组人数

1

一实验目的：

1．熟悉MATLAB软件使用的基本方法；

2.学习用FFT对连续信号和时域离散信号进行谱分析的方法，了解可能出现的分析误差及其原因，以便正确应用FFT；

二实验装置及设备：

计算机MATLAB软件

三实验原理

经常需要进行谱分析的信号是模拟信号和时域离散信号，对信号进行谱分析的重要问题是频谱分辨率D和分析误差。

周期信号的频谱是离散谱，只有用整数倍周期的长度做FFT，得到的离散谱才能代表周期信号的频谱。

四实验步骤及内容

（1）对序列进行谱分析，选择FFT的变换区间N为8和16两种情况进行频谱分析，分别打印其幅频特性曲线，进行对比分析和讨论；

（2）对周期序列进行谱分析，选择FFT的变换区间N为8和16两种情况进行频谱分析，分别打印其幅频特性曲线，进行对比分析和讨论；

（3）对模拟信号进行谱分析，选择采样频率F=64HZ,对变换区间N=16，32，64三种情况进行谱分析。

五实验内容及结果:

>>x1n=[ones（1,4）];%产生序列向量x1（n）=R4（n）

M=8;xa=1:

（M/2）;xb=（M/2）:

-1:

1;x2n=[xa,xb];%产生长度为8的三角波序列x2（n）

x3n=[xb,xa];

X1k8=fft（x1n,8）;%计算x1n的8点DFT

X1k16=fft（x1n,16）;%计算x1n的16点DFT

X2k8=fft（x2n,8）;%计算x1n的8点DFT

X2k16=fft（x2n,16）;%计算x1n的16点DFT

X3k8=fft（x3n,8）;%计算x1n的8点DFT

X3k16=fft（x3n,16）;%计算x1n的16点DFT

%以下绘制幅频特性曲线

subplot（1,2,1）;stem（X1k8,'.'）;%绘制8点DFT的幅频特性图

title（'（1a）8点DFT[x_1（n）]'）;xlabel（'ω/π'）;ylabel（'幅度'）;

subplot（1,2,2）;stem（X1k16,'.'）;%绘制16点DFT的幅频特性图

title（'（1b）16点DFT[x_1（n）]'）;xlabel（'ω/π'）;ylabel（'幅度'）;

figure

（2）

subplot（2,2,1）;stem（X2k8,'.'）;%绘制8点DFT的幅频特性图

title（'（2a）8点DFT[x_2（n）]'）;xlabel（'ω/π'）;ylabel（'幅度'）;

subplot（2,2,2）;stem（X2k16,'.'）;%绘制16点DFT的幅频特性图

title（'（2b）16点DFT[x_2（n）]'）;xlabel（'ω/π'）;ylabel（'幅度'）;

subplot（2,2,3）;stem（X3k8,'.'）;%绘制8点DFT的幅频特性图

title（'（3a）8点DFT[x_3（n）]'）;xlabel（'ω/π'）;ylabel（'幅度'）;

subplot（2,2,4）;stem（X3k16,'.'）;%绘制16点DFT的幅频特性图

title（'（3b）16点DFT[x_3（n）]'）;xlabel（'ω/π'）;ylabel（'幅度'）;

N=8;n=0:

N-1;%FFT的变换区间N=8

x4n=cos（pi*n/4）;

x5n=cos（pi*n/4）+cos（pi*n/8）;

x4k8=fft（x4n）;%计算x4n的8点DFT

x5k8=fft（x5n）;%计算x5n的8点DFT

N=16;n=0:

N-1;%FFT的变换区间N=16

x4n=cos（pi*n/4）;

x5n=cos（pi*n/4）+cos（pi*n/8）;

X4k16=fft（x4n）;%计算x4n的16点DFT

X5k16=fft（x5n）;%计算x5n的16点DFT

figure（3）

subplot（2,2,1）;stem（X4k8,'.'）;%绘制8点DFT的幅频特性图

title（'（4a）8点DFT[x_4（n）]'）;xlabel（'ω/π'）;ylabel（'幅度'）;

subplot（2,2,3）;stem（X4k16,'.'）;%绘制16点DFT的幅频特性图

title（'（4b）16点DFT[x_4（n）]'）;xlabel（'ω/π'）;ylabel（'幅度'）;

subplot（2,2,2）;stem（X5k8,'.'）;%绘制8点DFT的幅频特性图

title（'（5a）8点DFT[x_5（n）]'）;xlabel（'ω/π'）;ylabel（'幅度'）;

subplot（2,2,4）;stem（X5k16,'.'）;%绘制16点DFT的幅频特性图

title（'（5b）16点DFT[x_5（n）]'）;xlabel（'ω/π'）;ylabel（'幅度'）;

figure（4）

Fs=64;T=1/Fs;

N=16;n=0:

N-1;%FFT的变换区间N=16

x6nT=cos（8*pi*n*T）+cos（16*pi*n*T）+cos（20*pi*n*T）;%对x6（t）16点采样

X6k16=fft（x6nT）;%计算x6nT的16点DFT

X6k16=fftshift（X6k16）;%将零频率移到频谱中心

Tp=N*T;F=1/Tp;%频率分辨率F

k=-N/2:

N/2-1;fk=k*F;%产生16点DFT对应的采样点频率（以零频率为中心）

subplot（3,1,1）;stem（fk,abs（X6k16）,'.'）;boxon%绘制8点DFT的幅频特性图

title（'（6a）16点|DFT[x_6（nT）]|'）;xlabel（'f（Hz）'）;ylabel（'幅度'）;

axis（[-N*F/2-1,N*F/2-1,0,1.2*max（abs（X6k16））]）

N=32;n=0:

N-1;%FFT的变换区间N=16

x6nT=cos（8*pi*n*T）+cos（16*pi*n*T）+cos（20*pi*n*T）;%对x6（t）32点采样

X6k32=fft（x6nT）;%计算x6nT的32点DFT

X6k32=fftshift（X6k32）;%将零频率移到频谱中心

Tp=N*T;F=1/Tp;%频率分辨率F

k=-N/2:

N/2-1;fk=k*F;%产生16点DFT对应的采样点频率（以零频率为中心）

subplot（3,1,2）;stem（fk,abs（X6k32）,'.'）;boxon%绘制8点DFT的幅频特性图

title（'（6b）32点|DFT[x_6（nT）]|'）;xlabel（'f（Hz）'）;ylabel（'幅度'）;

axis（[-N*F/2-1,N*F/2-1,0,1.2*max（abs（X6k32））]）

N=64;n=0:

N-1;%FFT的变换区间N=16

x6nT=cos（8*pi*n*T）+cos（16*pi*n*T）+cos（20*pi*n*T）;%对x6（t）64点采样

X6k64=fft（x6nT）;%计算x6nT的64点DFT

X6k64=fftshift（X6k64）;%将零频率移到频谱中心

Tp=N*T;F=1/Tp;%频率分辨率F

k=-N/2:

N/2-1;fk=k*F;%产生16点DFT对应的采样点频率（以零频率为中心）

subplot（3,1,3）;stem（fk,abs（X6k64）,'.'）;boxon%绘制8点DFT的幅频特性图

title（'（6a）64点|DFT[x_6（nT）]|'）;xlabel（'f（Hz）'）;ylabel（'幅度'）;

axis（[-N*F/2-1,N*F/2-1,0,1.2*max（abs（X6k64））]）

六实验体会

通过这次用FFT对信号做频谱分析的实验，使我对频谱分析有了更深入的了解，对正确运用FFT有了更全面的掌握，在实验过程中，也更加明确了周期序列周期的求解进行了巩固，对于非周期信号和周期信号的FFT的变换区间的选择也更加清楚掌握。

实验题目

实验三FIR数字滤波器设计与软件实现

实验室

信号实验室

实验时间

2014年12月4日

实验类别

设计

同组人数

1

一实验目的：

1．掌握用窗函数法设计FIR数字滤波器的原理和方法；

2.掌握用等波纹最佳逼近法设计FIR数字滤波器的原理和方法；

3.掌握FIR滤波器的快速卷积实现原理；

4.学会调用MATLAB函数设计与实现FIR滤波器.

二实验装置及设备：

计算机MATLAB软件

三实验步骤及内容

（1）复习用窗函数法和等波纹最佳逼近法设计FIR数字滤波器的原理;

（2）调用信号产生函数产生具有加性噪声的信号，并自动显示频谱；

（3）设计低通滤波器；

（4）根据滤波器指标选择合适的窗函数并编写程序，绘图显示滤波器的频响特性型曲线、滤波器输出信号的幅频特性图和时域波形图。

四实验内容及结果:

clc;clear;clearall

N=1000;Fs=1000;T=1/Fs;Tp=N*T;t=0:

T:

（N-1）*T;

fc=Fs/10;f0=fc/10;%载波频率fc=Fs/10，单频调制信号频率为f0=Fc/10;

mt=cos（2*pi*f0*t）;%产生单频正弦波调制信号mt，频率为f0

ct=cos（2*pi*fc*t）;%产生载波正弦波信号ct，频率为fc

xt=mt.*ct;%相乘产生单频调制信号xt

nt=2*rand（1,N）-1;%产生随机噪声nt

fp=150;fs=200;Rp=0.1;As=70;%滤波器指标

fb=[fp,fs];m=[0,1];%计算remezord函数所需参数f,m,dev

dev=[10^（-As/20）,（10^（Rp/20）-1）/（10^（Rp/20）+1）];

[n,fo,mo,W]=remezord（fb,m,dev,Fs）;%确定remez函数所需参数

hn=remez（n,fo,mo,W）;%调用remez函数进行设计,用于滤除噪声nt中的低频成分

yt=filter（hn,1,10*nt）;%滤除随机噪声中低频成分，生成高通噪声yt

xt=xt+yt;%噪声加信号

fst=fft（xt,N）;k=0:

N-1;f=k/Tp;

subplot（2,1,1）;plot（t,xt）;grid;xlabel（'t/s'）;ylabel（'x（t）'）;

axis（[0,Tp/5,min（xt）,max（xt）]）;title（'（a）信号加噪声波形'）

subplot（2,1,2）;plot（f,abs（fst）/max（abs（fst）））;grid;title（'（b）信号加噪声的频谱'）

axis（[0,Fs/2,0,1.2]）;xlabel（'f/Hz'）;ylabel（'幅度'）

%==调用xtg产生信号xt,xt长度N=1000,并显示xt及其频谱,=========

N=1000;xt=xtg（N）;

fp=120;fs=150;Rp=0.2;As=60;Fs=1000;%输入给定指标

%

（1）用窗函数法设计滤波器

wc=（fp+fs）/Fs;%理想低通滤波器截止频率（关于pi归一化）

B=2*pi*（fs-fp）/Fs;%过渡带宽度指标

Nb=ceil（11*pi/B）;%blackman窗的长度N

hn=fir1（Nb-1,wc,blackman（Nb））;

Hw=abs（fft（hn,1024））;%求设计的滤波器频率特性

ywt=fftfilt（hn,xt,N）;%调用函数fftfilt对xt滤波

subplot（4,1,1）;plot（f,Hw）;xlabel（'f/Hz'）;ylabel（'幅度'）;title（'（a）低通滤波器幅频特性'）;

subplot（4,1,2）;plot（t,ywt）;title（'（b）滤除噪声后的信号波形'）;xlabel（'t/s'）;ylabel（'ywt'）;

%

（2）用等波纹最佳逼近法设计滤波器

fb=[fp,fs];m=[1,0];%确定remezord函数所需参数f,m,dev

dev=[（10^（Rp/20）-1）/（10^（Rp/20）+1）,10^（-As/20）];

[Ne,fo,mo,W]=remezord（fb,m,dev,Fs）;%确定remez函数所需参数

hn=remez（Ne,fo,mo,W）;%调用remez函数进行设计

Hw=abs（fft（hn,1024））;%求设计的滤波器频率特性

yet=fftfilt（hn,xt,N）;%调用函数fftfilt对xt滤波

subplot（3,1,1）;plot（f,Hw）;xlabel（'f/Hz'）;ylabel（'幅度'）;title（'（c）低通滤波器幅频特性'）;

subplot（3,1,2）;plot（t,yet）;title（'（d）滤除噪声后的信号波形'）;xlabel（'t/s'）;ylabel（'yet'）;

五实验体会

通过FIR数字滤波器设计的实验，使我更加全面的掌握了用窗函数设计法设计数字滤波器的原理和方法，在实验过程中，也从实践的角度掌握了用等波纹最佳逼近法设计FIR数字滤波器的原理和方法，掌握FIR滤波器的快速卷积实现原理，学会调用MATLAB函数设计与实现FIR滤波器，通过设计滤波器的两种方法的分析比较，对其优缺点有了系统全面的掌握。