信号与系统研究性学习手册for projects概要.docx
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信号与系统研究性学习手册forprojects概要
《信号与系统》课程研究性学习手册
姓名
学号
同组成员
指导教师
时间
1.
信号的时域分析专题研讨
【目的】
(1)掌握基本信号及其特性,了解实际信号的建模。
(2)掌握基本信号的运算,加深对信号时域分析基本原理和方法的理解,并建立时频之间的感性认识。
(3)学会仿真软件MATLAB的初步使用方法,掌握利用MATLAB进行信号表示和信号运算。
【研讨内容】
题目1:
基本信号的产生,语音的读取与播放
1)生成一个正弦信号,改变正弦信号的角频率和初始相位,观察波形变化,并听其声音的变化。
2)生成一个幅度为1、基频为2Hz、占空比为50%的周期方波。
3)观察一定时期内的股票上证指数变化,生成模拟其变化的指数信号。
4)分别录制一段男声、女声信号,进行音频信号的读取与播放,画出其时域波形。
【温馨提示】
(1)利用MATLAB函数wavread(file)读取.wav格式文件。
(2)利用MATLAB函数sound(x,fs)播放正弦信号和声音信号。
【题目分析】
【仿真程序】
【仿真结果】
【结果分析】
提示:
应从以下几方面对结果进行分析:
(1)随着正弦信号角频率的变化,其波形有什么变化,听到的声音又有变化?
它们之间有什么关系?
(2)男声和女声信号的时域波形有什么区别?
【自主学习内容】
【阅读文献】
【发现问题】(专题研讨或相关知识点学习中发现的问题):
根据声音信号的什么特征能有效区分出男声和女声?
【问题探究】
【研讨内容】
题目2:
信号的基本运算(语音信号的翻转、展缩)
1)将原始音频信号在时域上进行延展、压缩,
2)将原始音频信号在时域上进行幅度放大与缩小,
3)将原始音频信号在时域上进行翻转,
【题目分析】
【仿真程序】
【仿真结果】
【结果分析】
【自主学习内容】
【阅读文献】
【发现问题】(专题研讨或相关知识点学习中发现的问题):
【问题探究】
2.系统的时域分析专题研讨
【目的】
(1)掌握系统响应的时域求解,加深对系统时域分析基本原理和方法的理解。
(2)掌握连续系统零状态响应(卷积积分)数值计算的方法。
(3)学会仿真软件MATLAB的初步使用方法,掌握利用MATLAB求解连续系统和离散系统的零状态响应。
(4)培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。
【研讨内容】
题目1:
系统响应时域求解
1)求一个RLC电路的零输入响应和零状态响应,
2)将原始音频信号中混入噪声,然后用M点滑动平均系统对受噪声干扰的信号去噪,改变M点数,比较不同点数下的去噪效果,
【题目分析】
【仿真程序】
【仿真结果】
【结果分析】
【自主学习内容】
【阅读文献】
【发现问题】(专题研讨或相关知识点学习中发现的问题):
【问题探究】
【研讨内容】
题目2:
连续信号卷积的近似计算
两个连续信号的卷积定义为
为了进行数值计算,需对连续信号进行抽样。
记x[k]=x(k∆),h[k]=h(k∆),∆为进行数值计算的抽样间隔。
则连续信号卷积可近似的写为
(1)
这就可以利用conv函数可近似计算连续信号的卷积。
设x(t)=u(t)-u(t-1),h(t)=x(t)*x(t),
(a)为了与近似计算的结果作比较,用解析法求出y(t)=x(t)*h(t);
(b)用不同的∆计算出卷积的数值近似值,并和(a)中的结果作比较;
(c)证明
(1)式成立;
(d)若x(t)和h(t)不是时限信号,则用上面的方法进行近似计算会遇到什么问题?
给出一种解决问题的方案;
(e)若将x(t)和h(t)近似表示为
推导近似计算卷积的算法。
取相同的抽样间隔,比较两种方法的计算卷积误差。
【题目分析】
【仿真程序】
【仿真结果】
【结果分析】
【自主学习内容】
【阅读文献】
【发现问题】(专题研讨或相关知识点学习中发现的问题):
【问题探究】
3.信号的频域分析专题研讨
【目的】
(1)建立工程应用中有效带宽的概念,了解有限次谐波合成信号及吉伯斯现象。
(2)掌握带限信号,带通信号、未知信号等不同特性的连续时间信号的抽样,以及抽样过程中的参数选择与确定。
认识混叠误差,以及减小混叠误差的措施。
(3)加深对信号频域分析基本原理和方法的理解。
(4)锻炼学生综合利用所学理论和技术,分析与解决实际问题的能力。
【研讨内容】——基础题
题目1:
吉伯斯现象
(1)以
定义信号的有效带宽,试确定下图所示信号的有效带宽
,取A=1,T=2。
(2)画出有效带宽内有限项谐波合成的近似波形,并对结果加以讨论和比较。
(3)增加谐波的项数,观察其合成的近似波形,并对结果加以讨论和比较。
(a)周期矩形信号(b)周期三角波信号
【知识点】
连续周期信号的频域分析,有效带宽,吉伯斯现象
【信号频谱及有效带宽计算】
【仿真程序】
【仿真结果】
【结果分析】
提示:
应从以下几方面对结果进行分析:
(1)图(a)和图(b)信号有效带宽内有限项谐波合成波形与原波形的近似度比较。
(2)分析图(a)和图(b)信号的时域特性与有效带宽内谐波次数的关系。
(3)谐波次数增加,图(a)和图(b)信号合成波形分别有什么变化,从中能得出什么结论?
【自主学习内容】
【阅读文献】
【发现问题】
【问题探究】
【研讨内容】——中等题
题目2:
分析音阶的频谱
(1)录制你所喜欢乐器(如钢琴、小提琴等)演奏的音阶,并存为wav格式(可以从网上下载)。
(2)画出各音阶的时域波形,并进行比较。
(3)对所采集的音阶信号进行频谱分析,比较各音阶的频谱。
【知识点】
连续时间信号的频域分析
【温馨提示】
利用MATLAB提供的函数fft计算频谱。
【题目分析】
【仿真程序】
【仿真结果】
【结果分析】
提示:
应从以下几方面对结果进行分析:
(1)你所选择乐器演奏的音阶,其时域波形的包络有何特点?
(2)你所选择乐器演奏的音阶,其频谱有何特点?
基波是多少?
谐波是多少?
【自主学习内容】
【阅读文献】
【发现问题】
(1)改变音阶的包络,相应音阶听起来会有什么变化?
(2)音阶频谱中的谐波分量有什么作用?
(3)你所分析的乐器各音阶对应的频率是多少,之间存在什么关系?
【问题探究】
【研讨内容】——拓展题
题目3:
连续时间信号的抽样
(1)对带限信号(如
等),确定合适的抽样间隔T,分析
的频谱
和抽样所得到离散信号
的频谱X(ejΩ),并将两者进行比较。
(2)将正弦信号
按抽样频率fs=8kHz进行1秒钟抽样,得离散正弦序列x[k]为
比较f0=2kHz,2.2kHz,2.4kHz,2.6kHz和f0=7.2kHz,7.4kHz,7.6kHz,7.8kHz两组信号抽样所得离散序列的声音,解释所出现的现象。
(3)对于许多具有带通特性的信号
,举例验证可否不需要满足
?
【知识点】
连续非周期信号的频谱,离散非周期信号的频谱,时域抽样,频域抽样
【温馨提示】
(1)利用MATLAB提供的函数fft计算抽样所得序列x[k]的频谱。
(2)利用MATLAB函数sound(x,fs)播放正弦信号和声音信号。
(3)可以利用仪器或仿真软件产生具有带通特性的信号。
【题目分析】
【仿真程序】
【仿真结果】
【结果分析】
【自主学习内容】
【阅读文献】
【发现问题】
若连续时间信号
的最高频率未知,该如何确定对信号进行抽样的最大间隔?
【问题探究】
带通信号抽样频率确定的理论分析。
【研讨内容】——扩展题
题目4:
男生女生声音信号的转换
(1)采集wav格式的男女生语音信号。
(2)对所采集的男女生信号进行频谱分析,比较男女生频谱的特点。
(3)实现男生女生声音信号的转换。
【知识点】
连续非周期信号的频谱,离散非周期信号的频谱,时域抽样,频域抽样
【温馨提示】
可以根据傅里叶变换公式,利用数值积分计算;也可以利用MATLAB提供的函数fft计算。
【男生女生声音信号转换的方法】
【仿真程序】
【仿真结果】
【结果分析】
【自主学习内容】
【阅读文献】
【发现问题】
函数fft计算出的离散频谱X[m]和原连续信号的频谱X(jω)之间有何对应关系?
【问题探究】
4.系统的频域分析专题研讨
【目的】
(1)加深对系统频域分析基本原理和方法的理解。
(2)加深对信号幅度调制与解调基本原理和方法的理解。
(3)锻炼学生综合利用所学理论和技术,分析与解决工程实际问题的能力。
【研讨内容】
题目1.幅度调制和连续信号的Fourier变换
本题研究莫尔斯码的幅度调制与解调。
本题中信号的形式为
其中信号x(t)由文件ctftmod.mat定义(此文件在互联网上是公共资源),可用命令Loadctftmod将文件ctftmod.mat定义的变量装入系统内存。
运行命令Loadctftmod后,装入系统的变量有
afbfdashdotf1f2tx
其中
bfaf:
定义了一个连续系统H(s)的分子多项式和分母多项式。
可利用freqs(bf,af,w)求出该系统的频率响应,也可用sys=tf(bf,af)得到系统的模型,从而用lsim求出信号通过该系统的响应。
dashdot:
给出了莫尔斯码中的基本信号dash和dot的波形
f1f2:
载波频率
t:
信号x(t)的抽样点
x:
信号x(t)的在抽样点上的值
信号x(t)含有一段简单的消息。
Agend007的最后一句话是
Thefutureoftechnologyliesin···
还未说出最后一个字,Agend007就昏倒了。
你(Agend008)目前的任务就是要破解Agend007的最后一个字。
该字的信息包含在信号x(t)中。
信号x(t)具有式
(1)的形式。
式中的调制频率分别由变量f1和f2给出,信号m1(t),m2(t)和m3(t)对应于字母表中的单个字母,这个字母表已用国际莫尔斯码进行编码,如下表所示:
A·-
H···
O---
V···-
B-···
I··
P·--·
W·--
C-·-·
J·---
Q--·-
X-··-
D-··
K-·-
R·-·
Y-·--
E·
L·-··
S···
Z--··
F··-·
M--
T-
G--·
N-·
U··-
(1)字母B可用莫尔斯码表示为b=[dashdotdotdot],画出字母B莫尔斯码波形;
(2)用freqs(bf,af,w)画出系统的幅度响应;
(3)利用lsim求出信号dash通过由sys=tf(bf,af)定义的系统响应,解释你所获得的结果;
(4)用解析法推导出下列信号的Fourier变换
(5)利用(4)中的结果,设计一个从x(t)中提取信号m1(t)的方案,画出m1(t)的波形并确定其所代表的字母;
(6)对信号m2(t)和m3(t)重复(5)。
请问Agent008
Thefutureoftechnologyliesin···
【题目分析】
【仿真程序】
【仿真结果】
【结果分析】
【自主学习内容】
【阅读文献】
【发现问题】(专题研讨或相关知识点学习中发现的问题):
【问题探究】
5.系统的复频域分析专题研讨
【目的】
(1)掌握系统函数H(s)、H(z)与系统特性的关系,加深对系统函数H(s)和H(z)的理解。
(2)掌握稳定系统、反馈系统的特性和在实际中的应用。
(3)锻炼学生综合利用所学理论和技术,分析与解决工程实际问题的能力。
【研讨内容】
题目1.连续系统函数零极点与系统特性研究
(1)讨论系统
的零极点分布与单位冲激响应h(t)的关系,并判断系统稳定性。
(2)只改变零点或改变极点,观察系统单位冲激响应h(t)的波形图,得出你的结论。
【题目分析】
【仿真程序】
【仿真结果】
【结果分析】
【自主学习内容】
【阅读文献】
【发现问题】(专题研讨或相关知识点学习中发现的问题):
【问题探究】
【研讨内容】
题目2.离散系统函数零极点与系统特性研究
(1)讨论系统
的零极点分布与单位脉冲响应h[k]的关系,并判断系统稳定性。
(2)只改变零点或改变极点,观察系统单位脉冲响应h[k]的波形图,得出你的结论。
【题目分析】
【仿真程序】
【仿真结果】
【结果分析】
【自主学习内容】
【阅读文献】
【发现问题】(专题研讨或相关知识点学习中发现的问题):
【问题探究】
6.信号与系统综合应用专题研讨
【目的】
(1)提高学生灵活应用信号与系统基本原理解决实际问题的能力。
(2)培养学生理论联系实际的素质,提高学生的工程实践能力和创新能力。
【研讨内容】
待定
研究性学习自我体会与评价
通过研究性学习你在哪些方面有所收获?
(如学习方法、合作精神、探索精神、创新意识等)
组员1:
本人签字:
组员2:
本人签字:
组员3:
本人签字:
组员4:
本人签字:
组员5:
本人签字: