数字信号处理基于matlab实验三Word文件下载.docx

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指导教师：

成绩：

实验日期:

华北电力大学

一、实验目的及要求：

分析常用窗函数的时域和频域特性，灵活运用窗函数分析信号频谱和设计FIR数字滤波器。

二、仪器用具：

仪器名称

规格/型号

数量

备注

装有matlab的计算机

1

三、实验原理

在确定信号谱分析、随机信号功率谱估计以及FIR数字滤波器设计中，窗函数的选择起着重要的作用。

在信号的频谱分析中，截短无穷长的序列会造成频率泄漏，影响频谱分析的精度和质量。

合理选取窗函数的类型，可以改善泄漏现象。

在FIR数字滤波器设计中，截短无穷长的系统单位脉冲序列会造成FIR滤波器幅度特性的波动，且出现过渡带。

窗函数名称

时域表示式

MATLAB实现

矩形窗（Rectangle）

w=boxcar（N）或w=ones（N,1）

（Hanning）

w=1/2*（1-cos（2*pi*k/（N-1））或w=hannning（N）

哈明窗（Hamming）

w=0.54-0.46*cos（2*pi*k/（N-1））或w=hamming（N）

布拉克曼窗（Blackman）

w=0.42-0.5*cos（2*pi*k/（N-1））+0.08*cos（4*pi*k/（N-1））或w=blackman（N）

（一种三角形窗）

w=1-abs（2*（k-（N-1）/2）/（N-1））或w=bartlett（N）

（Kaiser）

w=Kaiser（N,beta）

beta控制kaiser窗形状的参数

四、实验方法与步骤:

1.分析并绘出常用窗函数的时域特性波形。

2.利用fft函数分析常用窗函数的频域特性,并从主瓣宽度和旁瓣相对幅度两个角度进行比较分析。

3.研究凯塞窗（Kaiser）的参数选择对其时域和频域的影响。

（1）固定beta=4，分别取N=20,60,110；

（2）固定N=60，分别取beta=1,5,11

4.

序列w=0.5*cos（11*pi/20*k）+cos（9*pi/20*k），分析其频谱。

（1）利用不同宽度N的矩形窗截短该序列,N分别为

20,40,160，观察不同长度N的窗对谱分析结果的影响；

（2）利用哈明窗重做

（1）；

（3）利用凯塞窗重做

（1）；

（4）比较和分析三种窗的结果；

（5）总结不同长度或类型的窗函数对谱分析结果的影响。

五、实验结果与数据处理：

矩形窗：

N=51;

w=boxcar（N）;

Y=fft（w,256）;

subplot（2,1,1）;

stem（[0:

N-1],w）;

subplot（2,1,2）;

Y0=abs（w）;

plot（[-128:

127],Y0）

Hamming窗：

k=0:

N;

w=hamming（N）

Y0=abs（Y）;

127],Y0）;

布拉克曼窗：

N=100;

w=blackman（N）

一种三角窗：

w=bartlett（N）

Kaiser：

beta=100;

2.研究凯塞窗（Kaiser）的参数选择对其时域和频域的影响

N=20N=60

N=110

（2）固定N=60，分别取beta=1,5,11。

beta=1

Beta=5

Beta=11

3.序列w=0.5*cos（11*pi/20*k）+cos（9*pi/20*k）分析其频谱。

N=input（'

TypeinN='

）;

%N=60;

%k=0:

N-1;

w=0.5*cos（11*pi/20*k）+cos（9*pi/20*k）;

stem（k,w）;

N=20

N=40

N=160

六、讨论与结论（对实验现象、实验故障及处理方法、实验中存在的问题等进行分析和讨论，对实验的进一步想法或改进意见。

）

1.什么是信号截短？

什么是吉布斯（Gibbs）现象？

增加长度N能消除吉布斯现象吗？

应该如何解决？

2.非矩形窗有哪些？

相比矩形窗，其优缺点有哪些？

3.怎样选择凯塞窗（Kaiser）的参数？

4.在信号谱分析中，如何合理地选择窗函数？

5.在数字滤波器设计中，如何合理地选择窗函数？

七、实验打印输出结果: