基于MATLAB的信号仿真分析的设计课设说明书Word格式.docx
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（4）连续时间LTI系统的复频域分析。
利用MATLAB进行部分分式展开，分析LTI系统的特性，利用MATLAB进行Laplace正、反变换。
设计要求：
1、根据题目要求进行基于MATLAB的信号仿真分析的总体设计。
2.完成算法具体部分的设计。
（1）仿真原理图。
（2）仿真分析说明。
3.仿真程序的设计。
（1）连续时间系统时域和变换域相关特性的仿真分析。
（2）完整源程序。
4．书写设计说明书。
二、设计原始资料
[1]郑君里.信号与系统（第三版）.高等教育出版社，2011
三、要求的设计成果（课程设计说明书、设计实物、图纸等）
设计结果能正确仿真演示
设计说明书一份（包括总体设计、算法原理图及说明、系统仿真演示、源程序清单等）
四、进程安排
周一：
资料收集
周二：
利用MATLAB完成信号仿真分析的设计
周三：
程序调试
周四：
书写仿真分析实践说明书
周五：
答辩
五、主要参考资料
[1]薛定宇,陈阳泉.基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用，清华大学出版社，2002
[2]钟麟,王峰.MATLAB仿真技术与应用教程，国防工业出版社，2005
[3]楼顺天,李博菡.基于MATLAB的系统分析与设计—信号处理，西安电子科技大学出版社，1998
[4]吴湘淇.信号、系统与信号处理的软硬件实现，电子工业出版社，2002
指导教师（签名）：
教研室主任（签名）：
课程实践成绩评定表
出勤
情况
出勤天数
缺勤天数
成
绩
评
定
出勤情况及设计过程表现（20分）
课程实践答辩（20分）
设计成果（60分）
总成绩（100分）
提问
（答辩）
问题
综
合
指导教师签名：
年月日
1引言
MATLAB是一种面向科学与工程计算的高级语言,由于其集成了许多领域的工具箱,因此又被称之为“巨人肩上的工具”。
本文以该软件的MATLAB7.0为例,在简单介绍MATLAB的基础上,详细阐述了其仿真功能在信号处理中的应用。
1.1MATLAB的发展历史
MATLAB语言是由美国的CleverMoler博士于1980年开发的；
设计者的初衷是为解决“线性代数”课程的矩阵运算问题；
取名MATLAB即MatrixLaboratory矩阵实验室的意思；
1984年，MathWorks公司成立，MATLAB以商品形式出现，随着市场的推广，以其良好的开放性和运行的可靠性，成功地应用于各工程学科的研究领域。
1.2MATLAB的系统结构
MATLAB系统结构有三个层次、八个部分构成，每一个部分完成不同的功能，主要包括：
（1）MATLAB主包
（2）工具箱（Toolboxes）
（3）编译器（Compiler）
（4）建模仿真（Simulink）
（5）模块集（Blockset）
（6）实时仿真（Real-TimeWorksho）
（7）状态流程（Stateflow）
（8）状态代码生成（StateflowCoder）
1.3MATLAB的主要特点
（1）简单易学：
与C语言几乎一致。
（2）编程简洁、效率高；
语言规则不强，无需编译。
（3）强大而简单的绘图功能；
二、三维绘图，直观展示结果。
（4）扩展性强——丰富的工具箱：
MATLAB主工具箱、符号数学工具箱、SIMULINK仿真工具箱、控制系统工具箱、信号处理工具箱、图象处理工具箱、通信工具箱、系统辨识工具箱、神经元网络工具箱、金融工具箱等。
1.4MATLAB的影响
（1）matlab在教学中的应用
在大学里，诸如应用代数、数理统计、自动控制、数字信号处理、动态系统仿真等课程的教科书都把MATLAB作为内容。
在欧美是九十年代教科书与旧版书籍的区别性标志。
越来越多国内教科书也加入了Matlab相关内容。
MATLAB是攻读学位的大学生、硕士生、博士生必须掌握的基本工具。
（2）MATLAB行业运用相关图书：
《MATLAB与选煤/选矿数据处理》、《MATLAB在工程数学上的应用》、《电磁场数值计算法与MATLAB实现》、《数学物理方程的MATLAB解法与可视化》、《高等应用数学问题的MATLAB求解》、《MATLAB有限元分析与应用》、《MATLAB7及工程问题解决方案》、《MATLAB及在电子信息类课程中的应用》、《MATLAB在电气工程中的应用》等等。
（3）MATLAB在本专业中的应用
不管世界如何改变，MATLAB在通信专业的地位基本不变。
（通信专业“计算器”）
几乎所有通信与信号处理类课程：
●高等数学●普通物理●线性代数●概率论与数理统计●计算方法（数值分析）●信号与系统●电路●通信原理●随机信号处理●数字信号处理●数字图像处理●光纤通信●移动通信●通信网
2.总体设计
总体设计的目标是：
（1）MATLAB程序入门和基础运用。
学习MATLAB软件的基本使用方法，了解MATLAB的数值计算、符号运算、可视化功能以及MATLAB程序入门设计。
（2）连续时间LTI系统的时域分析。
利用MATLAB求解连续系数的零状态响应、冲激响应及阶跃响应，利用MATLAB实现连续信号卷积的方法。
（3）连续时间LTI系统的频域分析。
（4）连续时间LTI系统的复频域分析。
利用MATLAB进行Laplace正、反变换。
2.1设计框图
设计框图如图2—1所示
图2—1
2.2设计思想
LTI系统各种分析方法的理论基础是信号的分解特性与系统的线性、时不变特性，其出发点是：
激励信号可以分解为若干基础信号单元的线性组合；
系统对激励所产生的零状态响应是系统对各基本信号单元分别激励下响应的叠加。
利用MATLAB进行MATLAB程序入门和基础运用、连续时间LTI系统的时域分析、连续时间LTI系统的频域分析和连续时间LTI系统的复频域分析。
3.详细设计
3.1基础运算
设计步骤：
在MATLAB命令窗口输入运算命令进行运算。
下面一道题是用MATLAB进行“加减乘除”运算
1——1利用MATLAB计算A=-2-5i
解在MATLAB命令窗口键入如下语句：
>
>
A=-2-i*5
运行A=
-2.0000-5.0000i
运行图如图3—1所示
图3—1
下面一道题是利用MATLAB表示一个复常量极坐标
1——2一个复常量极坐标表示
B=3*exp（i*pi/4）
运行B=
2.1213+2.1213i
运行图如图3—2所示
图3—2
下面一道题是利用MATLAB进行向量和逗号运算
1——3向量运算和逗号
A=[4,5,8,9]
运行A=
4589
运行图如图3—3所示
图3—3
下面一道题是利用MATLAB进行分号运算
1——4分号运算
B=[8;
6;
8;
1]
B=
8
6
1
运行图如图3—4所示
图3—4
3.2连续时间LTI系统时域仿真分析
实验目的：
（1）学会运用MATLAB符号求解连续系统的零输入响应；
（2）学会运用MATLAB数值求解连续系统的零状态响应；
（3）学会运用MATLAB求解连续系统的冲击响应和阶跃响应；
（4）学会运用MATLAB卷积积分法求解系统的零状态响应。
3.2.1设计方法与步骤
一般的连续时间系统分析有以下几个步骤:
①求解系统的零输入响应;
②求解系统的零状态响应;
③求解系统的全响应;
④分析系统的卷积；
⑤画出它们的图形。
下面以具体的微分方程为例说明利用MATLAB软件分析系统的具体方法
3.2.2连续时间系统零状态响应的数值求解
我们知道，LTI连续系统可用如下所示的线性常系数微分方程来描述，
例如，对于以下方程:
可用输入函数，得出它的冲击响应h，再根据LTI系统的零状态响应y（t）是激励u（t）与冲击响应h（t）的卷积积分。
注意，如果微分方程的左端或右端表达式中有缺项，则其向量a或b中的对应元素应为零，不能省略不写，否则出错。
求函数的零状态响应
及初始状态。
输入函数。
建模
先求出系统的冲击响应，写出其特征方程
求出其特征根为p和p，及相应的留数r，r；
则冲击响应为
输入y（t）可用输入u（t）与冲击响应h（t）的卷积求得。
3.2.3卷积的计算
连续时间信号和的卷积运算可用信号的分段求和来实现，即：
如果只求当t=n（n为整数）时f（t）的值f（n），则上式可得：
式中的实际上就是连续时间信号和经等时间间隔均匀抽样的离散序列和的卷积和。
当足够小时，就是卷积积分的结果——连续时间信号f（t）的较好数值近似。
下面是利用MATLAB实现连续信号卷积的通用程序conv（），该程序在计算出卷积积分的数值近似的同时，还绘制出f（t）的时域波形图。
应注意，程序中是如何设定f（t）的时间长度。
MATLAB程序：
f1=input（'
输入函数f1='
）;
f2=input（'
输入函数f2='
dt=input（'
dt='
y=conv（f1,f2）;
plot（dt*（[1:
length（y）]-1）,y）;
gridon;
title（'
卷积'
xlabel（'
t'
ylabel（'
f1*f2'
）
程序运行结果：
输入以下数据：
f1=sin（3*t）f2=cos（3*t+2）dt=0.01
得出图形如图3—5所示：
图3—5
3.2.4连续时间系统冲激响应和阶跃响应的求解
在MATLAB中，对于连续LTI系统的冲激响应和阶跃响应的数值解，可分别用控制系统工具箱提供的函数impulse和step来求解。
其语句格式分别为：
y=impulse（sys,t）;
y=step（sys,t）;
其中，t表示计算机系统响应的时间抽样点向量，sys表示LTI系统模型。
下面我们用几个例子来验证以上知识点
（1）求零输入相应：
求齐次微分方程在给定初始条件下的零输入相应，y'
'
（t）+4y（t）=0,y（0_）=1,y'
（0_）=1。
解在MATLAB命
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