邵艳川 2.docx
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邵艳川2
燕山大学
课程设计说明书
题目：
多功能频谱分析仪的设计
学院（系）：
里仁学院学院
年级专业：
09级仪表1班
学号：
091203021044
学生姓名：
邵艳川
指导教师：
谢平林洪斌
燕山大学课程设计任务书
院（系）：
里仁学院基层教学单位：
自动化仪表
学号
0912********
学生姓名
邵艳川
专业（班级）
09级仪表1班
设计题目
多功能频谱分析仪的设计。
设
计
技
术
参
数
采样频率采样时间
设
计
要
求
利用MATLAB实现信号的频谱分析功能，包括信号的FFT（幅值谱和相位谱），功率谱分析，倒谱分析等，对典型信号进行分析，比较各种频谱分析方法的异同。
工
作
量
7天（6月18日—6月21号）
工
作
计
划
6月18日：
上午：
讲课，总体安排，布置设计题目，借阅书籍
下午：
阅读文献
6月19日：
相关理论学习、设计方法;
6月20-21日：
程序设计
参
考
资
料
1、谢平，王娜，林洪彬.信号处理及应用北.北京：
机械工业出版20082、薛年喜.MATLAB在数字信号处理中的应用.北京；清华大学出版社2003
3、赵玲等.信号处理原理及应用.北京：
清华大学出版社，2004
4、其他的数字图像处理和matlab编程方面的书籍及相关学习资料
指导教师签字
基层教学单位主任签字
燕山大学课程设计评审意见表
指导教师评语：
成绩：
指导教师：
2012年6月25日
答辩小组评语：
成绩：
评阅人：
2012年6月25日
课程设计总成绩：
答辩小组成员签字：
邵艳川张鑫胡猛周明磊
2012年6月25日
目录
一.概述
1.1MATLAB简介·····································
1.2虚拟频谱分析仪的功能
二、实验原理···································
2.1.快速傅立叶变换································
2.2周期图法功率谱分析原理······················
2.3倒谱分析原理·····················
三、编程········································
4、频率图···········································
5、心得···············································
6、参考文献···········································
一.概述
1.1.1MATLAB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[6]。
1.1.2MATLAB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：
1.2.0虚拟频谱分析仪的功能包括：
（1） 音频信号信号输入。
输入的途径包括从声卡输入、从WAV文件输入、从信号发生器输入；
（2） 信号波形分析。
包括幅值、频率、周期、相位的估计，并计算统计量的峰值、均值、均方值和方差等信息；
（3） 信号频谱分析。
频率、周期的估计，图形显示幅值谱、相位谱和功率谱等信息的曲线。
二、实验原理
2.1快速傅立叶变换（FFT）
在各种信号序列中，有限长序列占重要地位。
对有限长序列可以利用离散傅立叶变换（DFT）进行分析。
DFT不但可以很好的反映序列的频谱特性，而且易于用快速算法（FFT）在计算机上进行分析。
有限长序列的DFT是其z变换在单位圆上的等距离采样，或者说是序列傅立叶的等距离采样，因此可以用于序列的谱分析。
FFT是DFT的一种快速算法，它是对变换式进行一次次分解，使其成为若干小数据点的组合，从而减少运算量。
MATLAB为计算数据的离散快速傅立叶变换，提供了一系列丰富的数学函数，主要有Fft、Ifft、Fft2、Ifft2,Fftn、ifftn和Fftshift、Ifftshift等。
当所处理的数据的长度为2的幂次时，采用基-2算法进行计算，计算速度会显著增加。
所以，要尽可能使所要处理的数据长度为2的幂次或者用添零的方式来添补数据使之成为2的幂次。
Fft函数调用方式：
Y=fft（X）；
Y＝fft（X,N）；
Y＝fft（X,[],dim）或Y＝fft（X,N,dim）。
函数Ifft的参数应用与函数Fft完全相同。
2.2周期图法功率谱分析原理
周期图法是把随机数列x（n）的N个观测数据视为能量有限的序列，直接计算x（n）的傅立叶变换，得X（k），然后再取幅值的平方，并除以N，作为序列x（n）真实功率谱的估计。
2.3倒谱分析原理
倒谱分析matlab中的函数为
1）复倒频谱
y=cceps（x）
2）实倒频谱
y=rceps（x）
三．编程
1.fft变换
t=0:
0.01:
2;
y1=sin（2*pi*30*t）;
subplot（2,1,1）;
plot（t,y1）;
y2=abs（fft（y1,512））;
f=100*（0:
256）/512;
subplot（2,1,2）
plot（f,y2（1:
257））
Xlabel;
Ylabel;
2.功率谱变换
Fs=2000;
NFFT=1024;
t=0:
1/Fs:
1;
x=sin（2*pi*800*t）;
window=boxcar（length（x））;
periodogram（x,window,NFFT,Fs）
3.倒谱变换
Fs=200;
t=0:
1/Fs:
2;
x=sin（2*pi*50*t）.*sin（2*pi*40*t）;
z=cceps（x）;
subplot（2,1,1）;
plot（t,x）;
subplot（2,1,2）;
plot（t,z）
四. 频谱图
为了直观地表示信号的频率特性，工程上常常将Fourier变换的结果用图形的方式表示，即频谱图。
以频率f为横坐标，|Y（f）|为纵坐标，可以得到幅值谱；
以频率f为横坐标，arg Y（f）为纵坐标，可以得到相位谱；
以频率f为横坐标，Re Y（f）为纵坐标，可以得到实频谱；
以频率f为横坐标，Im Y（f）为纵坐标，可以得到虚频谱。
根据采样定理，只有频率不超过Fs/2的信号才能被正确采集，即Fourier变换的结果中频率大于Fs/2的部分是不正确的部分，故不在频谱图中显示。
即横坐标f ∈[0, Fs/2]
图1.FFT频谱
图2.功率谱
图3.倒谱
五.心得
通过一周的课程设计，我对的信号处理这门课程有了进一步的理解，学到了许多课本上那个没有的知识，对matlab软件有了初步的认识，并能利用该软件独立完成一些简单的编程，在今后的学习中我会加强对该软件的学习和利用。
六.参考文献
[1]谢平，王娜，林洪彬.信号处理及应用北.北京：
机械工业出版2008[2]薛年喜.MATLAB在数字信号处理中的应用.北京；清华大学出版社2003
[3]赵玲等.信号处理原理及应用.北京：
清华大学出版社，2004
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