数字信号处理实验讲义Word文档下载推荐.docx

1、的幅频特性会相同吗？为什么？N=16 呢？实验程序运行结果实验程序运行结果如图1所示。图 1程序运行结果分析讨论：用DFT（或FFT）分析频谱，绘制频谱图时，最好将X（k）的自变量k换算成对应的频率，作为横坐标便于观察频谱。为了便于读取频率值，最好关于归一化，即以作为横坐标。1、实验内容（1）图（1a）和（1b）说明的8点DFT和16点DFT分别是的频谱函数的8点和16点采样；因为，所以，与的8点DFT的模相等，如图（2a）和（3a）。但是，当N=16时，不满足循环移位关系，所以图（2b）和（3b）的模不同。2、实验内容（2），对周期序列谱分析的周期为8，所以N=8和N=16均是其周期的整数倍

2、，得到正确的单一频率正弦波的频谱，仅在处有1根单一谱线。如图（4b）和（4b）所示。的周期为16，所以N=8不是其周期的整数倍，得到的频谱不正确，如图（5a）所示。N=16是其一个周期，得到正确的频谱，仅在和处有2根单一谱线, 如图（5b）所示。 3、实验内容（3），对模拟周期信号谱分析有3个频率成分，所以的周期为。 采样频率变换区间N=16时，观察时间Tp=16T=，不是的整数倍周期，所以所得频谱不正确，如图（6a）所示。变换区间N=32,64 时，观察时间Tp=，1s，是的整数周期，所以所得频谱正确，如图（6b）和（6c）所示。图中3根谱线正好位于处。变换区间N=64 时频谱幅度是变换区间

3、N=32 时2倍，这种结果正好验证了用DFT对中期序列谱分析的理论。注意：（1）用DFT（或FFT）对模拟信号分析频谱时，最好将X（k）的自变量k换算成对应的模拟频率fk，作为横坐标绘图，便于观察频谱。这样，不管变换区间N取信号周期的几倍，画出的频谱图中有效离散谐波谱线所在的频率值不变，如图（6b）和（6c）所示。（2）本程序直接画出采样序列N点DFT的模值，实际上分析频谱时最好画出归一化幅度谱，这样就避免了幅度值随变换区间N变化的缺点。本实验程序这样绘图只要是为了验证了用DFT对中期序列谱分析的理论。 实验程序% 用FFT对信号作频谱分析clear all;close all%实验内容（1）

4、=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DFTX1k16=fft（x1n,16）; %计算x1n的16点DFTX2k8=fft（x2n,8）;X2k16=fft（x2n,16）;X3k8=fft（x3n,8）;X3k16=fft（x3n,16）;%以下绘制幅频特性曲线subplot（2,2,1）;mstem（X1k8）; %绘制8点DFT的幅频特性图title（1a） 8点DF

5、Tx_1（n）;xlabel（/ylabel（幅度axis（0,2,0,*max（abs（X1k8）subplot（2,2,3）;mstem（X1k16）; %绘制16点DFT的幅频特性图（1b）16点DFTx_1（n）axis（0,2,0,*max（abs（X1k16）figure（2）mstem（X2k8）;（2a） 8点DFTx_2（n）axis（0,2,0,*max（abs（X2k8）subplot（2,2,2）;mstem（X2k16）;（2b）16点DFTx_2（n）axis（0,2,0,*max（abs（X2k16）mstem（X3k8）;（3a） 8点DFTx_3（n）axis

6、（0,2,0,*max（abs（X3k8）subplot（2,2,4）;mstem（X3k16）;（3b）16点DFTx_3（n）axis（0,2,0,*max（abs（X3k16）%实验内容（2） 周期序列谱分析=N=8;n=0:N-1; %FFT的变换区间N=8x4n=cos（pi*n/4）;x5n=cos（pi*n/4）+cos（pi*n/8）;X4k8=fft（x4n）; %计算x4n的8点DFTX5k8=fft（x5n）; %计算x5n的8点DFTN=16; %FFT的变换区间N=16X4k16=fft（x4n）; %计算x4n的16点DFTX5k16=fft（x5n）; %计算x5

7、n的16点DFTfigure（3）mstem（X4k8）;（4a） 8点DFTx_4（n）axis（0,2,0,*max（abs（X4k8）mstem（X4k16）;（4b）16点DFTx_4（n）axis（0,2,0,*max（abs（X4k16）mstem（X5k8）;（5a） 8点DFTx_5（n）axis（0,2,0,*max（abs（X5k8）mstem（X5k16）;（5b）16点DFTx_5（n）axis（0,2,0,*max（abs（X5k16）%实验内容（3） 模拟周期信号谱分析=figure（4）Fs=64;T=1/Fs;x6nT=cos（8*pi*n*T）+cos（16*

8、pi*n*T）+cos（20*pi*n*T）; %对x6（t）16点采样X6k16=fft（x6nT）; %计算x6nT的16点DFTX6k16=fftshift（X6k16）; %将零频率移到频谱中心 Tp=N*T;F=1/Tp; %频率分辨率Fk=-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）,.box on %绘制8点DFT的幅频特性图（6a） 16点|DFTx_6（nT）|f（Hz）axis（-N*F/2-1,N*F/2-1,0,*max（abs（X6k16）N=32; %对x

9、6（t）32点采样X6k32=fft（x6nT）; %计算x6nT的32点DFTX6k32=fftshift（X6k32）;subplot（3,1,2）;stem（fk,abs（X6k32）,（6b） 32点|DFTx_6（nT）|axis（-N*F/2-1,N*F/2-1,0,*max（abs（X6k32）N=64; %对x6（t）64点采样X6k64=fft（x6nT）; %计算x6nT的64点DFTX6k64=fftshift（X6k64）;subplot（3,1,3）;stem（fk,abs（X6k64）, box on%绘制8点DFT的幅频特性图（6a） 64点|DFTx_6（nT）

10、|axis（-N*F/2-1,N*F/2-1,0,*max（abs（X6k64）实验二 IIR数字滤波器设计及软件实现（3学时）（1）熟悉用双线性变换法设计IIR数字滤波器的原理与方法；（2）学会调用MATLAB信号处理工具箱中滤波器设计函数（或滤波器设计分析工具fdatool）设计各种IIR数字滤波器，学会根据滤波需求确定滤波器指标参数。（3）掌握IIR数字滤波器的MATLAB实现方法。（3）通过观察滤波器输入输出信号的时域波形及其频谱，建立数字滤波的概念。2实验原理设计IIR数字滤波器一般采用间接法（脉冲响应不变法和双线性变换法），应用最广泛的是双线性变换法。基本设计过程是：先将给定的数字

11、滤波器的指标转换成过渡模拟滤波器的指标； 设计过渡模拟滤波器；将过渡模拟滤波器系统函数转换成数字滤波器的系统函数。MATLAB信号处理工具箱中的各种IIR数字滤波器设计函数都是采用双线性变换法。第六章介绍的滤波器设计函数butter、cheby1 、cheby2 和ellip可以分别被调用来直接设计巴特沃斯、切比雪夫1、切比雪夫2和椭圆模拟和数字滤波器。本实验要求读者调用如上函数直接设计IIR数字滤波器。本实验的数字滤波器的MATLAB实现是指调用MATLAB信号处理工具箱函数filter对给定的输入信号x（n）进行滤波，得到滤波后的输出信号y（n）。3. 实验内容及步骤（1）调用信号产生函数

12、mstg产生由三路抑制载波调幅信号相加构成的复合信号st，该函数还会自动绘图显示st的时域波形和幅频特性曲线，如图1所示。由图可见，三路信号时域混叠无法在时域分离。但频域是分离的，所以可以通过滤波的方法在频域分离，这就是本实验的目的。图1 三路调幅信号st的时域波形和幅频特性曲线（2）要求将st中三路调幅信号分离，通过观察st的幅频特性曲线，分别确定可以分离st中三路抑制载波单频调幅信号的三个滤波器（低通滤波器、带通滤波器、高通滤波器）的通带截止频率和阻带截止频率。要求滤波器的通带最大衰减为,阻带最小衰减为60dB。提示：抑制载波单频调幅信号的数学表示式为其中，称为载波，fc为载波频率，称为单

13、频调制信号，f0为调制正弦波信号频率，且满足由上式可见，所谓抑制载波单频调幅信号，就是2个正弦信号相乘，它有2个频率成分：和频和差频，这2个频率成分关于载波频率fc对称。所以，1路抑制载波单频调幅信号的频谱图是关于载波频率fc对称的2根谱线，其中没有载频成分，故取名为抑制载波单频调幅信号。容易看出，图10.4.1中三路调幅信号的载波频率分别为250Hz、500Hz、1000Hz。如果调制信号m（t）具有带限连续频谱，无直流成分，则就是一般的抑制载波调幅信号。其频谱图是关于载波频率fc对称的2个边带（上下边带），在专业课通信原理中称为双边带抑制载波 （DSB-SC） 调幅信号,简称双边带 （DS

14、B） 信号。如果调制信号m（t）有直流成分，则就是一般的双边带调幅信号。其频谱图是关于载波频率fc对称的2个边带（上下边带），并包含载频成分。（3）编程序调用MATLAB滤波器设计函数ellipord和ellip分别设计这三个椭圆滤波器，并绘图显示其幅频响应特性曲线。（4）调用滤波器实现函数filter，用三个滤波器分别对信号产生函数mstg产生的信号st进行滤波，分离出st中的三路不同载波频率的调幅信号y1（n）、y2（n）和y3（n）， 并绘图显示y1（n）、y2（n）和y3（n）的时域波形，观察分离效果。4信号产生函数mstg清单function st=mstg%产生信号序列向量st,并

15、显示st的时域波形和频谱%st=mstg 返回三路调幅信号相加形成的混合信号，长度N=1600N=1600 %N为信号st的长度。Fs=10000; %采样频率Fs=10kHz，Tp为采样时间t=0:T:（N-1）*T;k=0:f=k/Tp;fc1=Fs/10; %第1路调幅信号的载波频率fc1=1000Hz,fm1=fc1/10; %第1路调幅信号的调制信号频率fm1=100Hzfc2=Fs/20; %第2路调幅信号的载波频率fc2=500Hzfm2=fc2/10; %第2路调幅信号的调制信号频率fm2=50Hzfc3=Fs/40; %第3路调幅信号的载波频率fc3=250Hz,fm3=fc

16、3/10; %第3路调幅信号的调制信号频率fm3=25Hzxt1=cos（2*pi*fm1*t）.*cos（2*pi*fc1*t）; %产生第1路调幅信号xt2=cos（2*pi*fm2*t）.*cos（2*pi*fc2*t）; %产生第2路调幅信号xt3=cos（2*pi*fm3*t）.*cos（2*pi*fc3*t）; %产生第3路调幅信号st=xt1+xt2+xt3; %三路调幅信号相加fxt=fft（st,N）; %计算信号st的频谱%=以下为绘图部分，绘制st的时域波形和幅频特性曲线=subplot（3,1,1）plot（t,st）;grid;t/ss（t）axis（0,Tp/8,m

17、in（st）,max（st）;（a） s（t）的波形）subplot（3,1,2）stem（f,abs（fxt）/max（abs（fxt）,（b） s（t）的频谱axis（0,Fs/5,0,）;f/Hz5实验程序框图如图2所示。调用函数mstg产生st，自动绘图显示st的时域波形和幅频特性曲线调用ellipord和ellip分别设计三个椭圆滤波器，并绘图显示其幅频响应特性曲线。调用filter，用三个滤波器分别对信号st进行滤波，分离出三路不同载波频率的调幅信号y1（n）、y2（n）和y3（n）绘图显示y1（n）、y2（n）和y3（n）的时域波形和幅频特性曲线End图2 实验二程序框图6思考题

18、（1）请阅读信号产生函数mstg，确定三路调幅信号的载波频率和调制信号频率。（2）信号产生函数mstg中采样点数N=800，对st进行N点FFT可以得到6根理想谱线。如果取N=1000，可否得到6根理想谱线？N=2000呢？请改变函数mstg中采样点数N的值，观察频谱图验证您的判断是否正确。（3）修改信号产生函数mstg，给每路调幅信号加入载波成分，产生调幅（AM）信号，重复本实验，观察AM信号与抑制载波调幅信号的时域波形及其频谱的差别。AM信号表示式：7实验报告要求（1）简述实验目的及原理。（2）画出实验主程序框图，打印程序清单。（3）绘制三个分离滤波器的损耗函数曲线。（4）绘制经过滤波分理

19、出的三路调幅信号的时域波形。（5）简要回答思考题。滤波器参数及实验程序清单1、滤波器参数选取观察图1可知，三路调幅信号的载波频率分别为250Hz、500Hz、1000Hz。带宽（也可以由信号产生函数mstg清单看出）分别为50Hz、100Hz、200Hz。所以，分离混合信号st中三路抑制载波单频调幅信号的三个滤波器（低通滤波器、带通滤波器、高通滤波器）的指标参数选取如下：对载波频率为250Hz的条幅信号，可以用低通滤波器分离，其指标为带截止频率Hz，通带最大衰减dB；阻带截止频率Hz，阻带最小衰减dB，对载波频率为500Hz的条幅信号，可以用带通滤波器分离，其指标为Hz，Hz，Hz，阻带最小衰

20、减对载波频率为1000Hz的条幅信号，可以用高通滤波器分离，其指标为说明：（1）为了使滤波器阶数尽可能低，每个滤波器的边界频率选择原则是尽量使滤波器过渡带宽尽可能宽。（2）与信号产生函数mstg相同，采样频率Fs=10kHz。（3）为了滤波器阶数最低，选用椭圆滤波器。按照图2 所示的程序框图编写的实验程序为。2、实验程序清单% % IIR数字滤波器设计及软件实现 %采样频率%调用信号产生函数mstg产生由三路抑制载波调幅信号相加构成的复合信号st st=mstg;%低通滤波器设计与实现=fp=280;fs=450;wp=2*fp/Fs;ws=2*fs/Fs;rp=;rs=60; %DF指标（低

21、通滤波器的通、阻带边界频）N,wp=ellipord（wp,ws,rp,rs）; %调用ellipord计算椭圆DF阶数N和通带截止频率wpB,A=ellip（N,rp,rs,wp）; %调用ellip计算椭圆带通DF系统函数系数向量B和Ay1t=filter（B,A,st）; %滤波器软件实现% 低通滤波器设计与实现绘图部分figure（2）;myplot（B,A）; %调用绘图函数myplot绘制损耗函数曲线yt=y_1（t）;tplot（y1t,T,yt）; %调用绘图函数tplot绘制滤波器输出波形%带通滤波器设计与实现=fpl=440;fpu=560;fsl=275;fsu=900;wp=2*fpl/Fs,2*fpu/Fs;ws=2*fsl/Fs,2*fsu/Fs; %调用ellip计算椭圆带通DF系统函数系数向量B和Ay2t=filter（B,A,st）;% 带通滤波器设计与实现绘图部分（省略）%高通滤波器设计与实现=fp=890;fs=600;B,A=ellip（N,rp,rs,wp,highy3t=filter（B,A,st）;% 高低通滤波器设计与实现绘图部分（省略）3 实验程序运行结果实验4程序运行结果如图所示。由图可见，三个分离滤波器指标参数选取正确，算耗函数曲线达到所给指标。分离出的三路信号y1（n），y2（n）和y3（n）的波形是抑制载波的单频调