测控12级现代信号处理课程设计任务书20150828

1数字信号处理一、课程设计目的《数字信号处理》课程是一门理论和技术发展十分迅速、应用非常广泛的前沿性学科，它的理论性和实践性都很强，学生在学习这门课程时，普遍感到数字信号处理的概念抽象，对其中的分析方法与基本理论不能很好地理解与掌握。因此，如何帮助学生理解与掌握课程中的基本概念、基本原理、基本分析方法以及综合应用所学知识解决实际问题的能力，是本课程教学中所要解决的关键问题。为了巩固所学的数字信号处理理论知识，使学生对信号的采集、处理、传输、显示和存储等有一个系统的掌握和理解，安排了该课程的课程设计。通过课程设计，应能加强学生如下能力的培养：1、独立工作能力和创造力；2、综合运用专业及基础知识，解决实际工程技术问题的能力；3、查阅图书资料、产品手册和各种工具书的能力；4、编写技术报告和编制技术资料的能力。二、设计内容及要求课程设计内容：1.从以下二十三个题目中任选其中一个题目（单人单题），根据题目要求完成程序的编制、调试和仿真。具体题目见下页。2.按照题目要求撰写课程设计报告，回答题目设定问题。课程设计要求：1.独立完成设计任务。不能出现多人设计报告雷同情况，一旦发现这种情况发生，雷同报告全部按不合格处理。2.按照设计任务写出设计工作小结。对设计过程所进行的有关步骤说明，并对所得结果进行分析，总结自己整个设计工作中的经验教训，收获和今后研究方向。3.编写课程设计说明书，说明书必须按统一格式打印，装订成册，字数一般不少于三千字。课程设计报告应包括以下内容：1.课题名称；22.学生姓名、班级与学号；3.设计内容及要求；4.按照题目要求回答问题；5.列出仿真结果（信号波形、频谱等）；6.分析、解释仿真结果；7.画出软件流程图，列出程序清单；8.列出参考文献；9.写出本次课程设计的收获、体会。三、考核方式及成绩评定成绩分为优、良、中、及格、不及格五档，主要由三部分组成：1、每次上机考勤记录。（占20%）2、设计任务完成后，提交程序清单，老师在计算机上当面验收（各部分设计是否全部完成，完成的质量如何）并评定成绩。（占40%）3、提交一份课程设计报告，可手写或打印。未提交设计报告的，或抄袭他人设计报告的评为不及格。（占40%）。四、数字信号处理课程设计题目及设计内容题目一：离散信号与系统的时域分析Ⅰ1、设计目的：（1）掌握求解系统响应的方法。（2）掌握时域离散系统的时域特性。（3）分析、观察及检验系统的稳定性。2、设计内容：编制Matlab程序，完成以下功能，产生系统输入信号；根据系统差分方程求解单位脉冲响应序列；根据输入信号求解输出响应；用实验方法检查系统是否稳定；绘制相关信号的波形。具体要求如下：（1）给定一个低通滤波器的差分方程为()0.05()0.05(1)0.9(1)ynxnxnyn输入信号分别为182()(),()()xnRnxnun3①分别求出x1(n)=R8(n)和x2(n)=u(n)的系统响应，并画出其波形。②求出系统的单位脉冲响应，画出其波形。（2）给定系统的单位脉冲响应为110()()hnRn2()()2.5(1)2.5(2)(3)hnnnnn用线性卷积法求x1(n)=R8(n)分别对系统h1(n)和h2(n)的输出响应，并画出波形。（3）给定一谐振器的差分方程为00()1.8237(1)0.9801(2)()(2)ynynynbxnbxn令b0=1/100.49，谐振器的谐振频率为0.4rad。①用实验方法检查系统是否稳定。输入信号为u(n)时，画出系统输出波形。②给定输入信号为()sin(0.014)sin(0.4)xnnn求出系统的输出响应，并画出其波形。3、设计报告要求：（1）简述离散系统时域分析方法；（2）简述通过实验判断系统稳定性的方法；（3）完成以上设计实验，并对结果进行分析和解释；（4）打印程序清单和要求画出的信号波形；（5）写出本次课程设计的收获和体会。题目二：离散信号与系统的时域分析Ⅱ1、设计目的：（1）掌握求解系统响应的方法。（2）掌握时域离散系统的时域特性。（3）分析、观察及检验系统的稳定性。2、设计内容：编制Matlab程序，完成以下功能，根据系统差分方程求解单位脉冲响应和单位阶跃序列；根据输入信号求解输出响应；用实验方法检查系统是否稳定；绘制相关信号的波形。具体要求如下：4（1）给定两个系统的差分方程为1）()0.6(1)0.08(2)()ynynynxn2）()0.7(1)0.1(2)2()(2)ynynynxnxn分别求出所描述系统的单位脉冲响应和单位阶跃响应。（2）给定系统的单位脉冲响应为18()()hnRn2()2()3(1)3(2)(3)hnnnnn用线性卷积法求x1(n)=R9(n)分别对系统h1(n)和h2(n)的输出响应，并画出波形。（3）给定一谐振器的差分方程为00()1.8237(1)0.9801(2)()(2)ynynynbxnbxn令b0=1/100.49，谐振器的谐振频率为0.4rad。①用实验方法检查系统是否稳定。输入信号为u(n)时，画出系统输出波形。②给定输入信号为()sin(0.014)sin(0.4)xnnn求出系统的输出响应，并画出其波形。3、设计报告要求：（1）简述离散系统时域分析方法；（2）简述通过实验判断系统稳定性的方法；（3）完成以上设计实验，并对结果进行分析和解释；（4）打印程序清单和要求画出的信号波形；（5）写出本次课程设计的收获和体会。题目三：离散系统的频域分析与零极点分布Ⅰ1、设计目的：（1）掌握通过系统函数求解系统单位脉冲响应的方法；（2）掌握系统函数零极点分布对频率特性的影响；（3）通过系统函数零极点发布判断系统的稳定性。2、设计内容：编制Matlab程序，完成以下功能，根据系统函数求出系统的零极点分布图，5并求解系统的单位脉冲响应；根据零极点分布图判断系统的稳定性；比较不同零极点发布对系统频率响应特性的影响；绘制相关信号的波形。具体要求如下：下面四种二阶网络的系统函数具有相同的极点分布：1121()11.60.9425Hzzz121210.3()11.60.9425zHzzz131210.8()11.60.9425zHzzz1241211.60.8()11.60.9425zzHzzz（1）分别画出各系统的零极点分布图，并判断系统的稳定性；（2）分别画出系统的幅频特性和相频特性曲线；（3）分别求出系统的单位脉冲响应，并画出其波形。3、设计报告要求：（1）简述通过系统函数零极点分布判断系统因果稳定性的方法；（2）简述系统函数零极点分布对系统频率响应特性的影响；（3）完成以上设计实验，并对结果进行分析和解释；（4）打印程序清单和要求画出的信号波形；（5）写出本次课程设计的收获和体会。题目四：离散系统的频域分析与零极点分布Ⅱ1、设计目的：（1）掌握通过系统函数求解系统单位脉冲响应的方法；（2）掌握系统函数零极点分布对频率特性的影响；（3）通过系统函数零极点发布判断系统的稳定性。2、设计内容：编制Matlab程序，完成以下功能，根据系统函数求出系统的零极点分布图，并求解系统的单位脉冲响应；根据零极点分布图判断系统的稳定性；比较不同零6极点发布对系统频率响应特性的影响；绘制相关信号的波形。具体要求如下：两种网络的系统函数如下：21432550()22.980.172.34181.5147zzHzzzzz2432(9)(3)()33.981.172.34181.5147zzHzzzzz（1）分别画出各系统的零极点分布图，并判断系统的稳定性；（2）分别画出系统的幅频特性和相频特性曲线；（3）分别求出系统的单位脉冲响应，并画出其波形。3、设计报告要求：（1）简述通过系统函数零极点分布判断系统因果稳定性的方法；（2）简述系统函数零极点分布对系统频率响应特性的影响；（3）完成以上设计实验，并对结果进行分析和解释；（4）打印程序清单和要求画出的信号波形；（5）写出本次课程设计的收获和体会。题目五：用DFT计算线性卷积1、设计目的：（1）掌握线性卷积与循环卷积的定义和计算方法；（2）掌握线性卷积与循环卷积的相互关系；（3）掌握用DFT计算线性卷积与循环卷积方法；（4）掌握重叠相加法原理和Matlab实现方法。2、设计内容：编制Matlab程序，完成以下功能，用DFT计算循环卷积，观察不同卷积长度时循环卷积与线性卷积的关系。利用fftfilt函数实现重叠相加法计算有限长序列与无限长序列的线性卷积。具体要求如下：（1）已知4()()hnRn，5()()xnRn。1）计算()()lynhn*()xn，并画出()lyn波形图。72）计算()()cynhn○L()xn，当L=6，8，10的()cyn的值，画出相应()cyn波形图。观察以上结果，并给出理论上的解释。（2）假设5()()hnRn，()[cos(/10)cos(2/5)]()xnnnun，用重叠相加法计算()()lynhn*()xn，并画出()hn、()xn与()lyn的波形。3、设计报告要求：（1）简述线性卷积与循环卷积的定义和计算方法；（2）简述线性卷积与循环卷积的相互关系；（4）简述重叠相加法计算线性卷积的原理；（3）完成以上设计实验，并对结果进行分析和解释；（4）打印程序清单和要求画出的信号波形；（5）写出本次课程设计的收获和体会。题目六：用Matlab验证时域采样定理和频域采样定理1、设计目的：（1）掌握模拟信号时域采样前后频谱的变化规律及时域采样定理；（2）掌握频域采样的概念及频域采样定理；（3）掌握时域采样频率的选择方法及频域采样点数的选择方法。2、设计内容：编制Matlab程序，完成以下功能，对给定模拟信号进行时域采样，观察不同采样频率对采样信号频谱的影响，验证时域采样定理；对给定序列进行傅里叶变换，并在频域进行采样，观察不同采样点数对恢复序列的影响，验证频域采样定理；绘制相关信号的波形。具体要求如下：（1）验证时域采样定理给定模拟信号a0()sin()()txtAetut式中,A=444.128，502π,srad/2500。现用DFT(FFT)求该模拟信号的幅频特性，以验证时域采样理论。按照xa(t)的幅频特性曲线，选取三种采样频率，即Fs=1kHz，300Hz，200Hz。观测时间选Tp=64ms。8为使用DFT，首先用下面的公式产生时域离散信号，对三种采样频率，采样序列按顺序用x1(n)、x2(n)、x3(n)表示。a0()()esin()()nTxnxnTAnTunT因为采样频率不同，得到的x1(n)、x2(n)、x3(n)的长度不同，长度（点数）用公式N=Tp×Fs计算。选FFT的变换点数为M=64，序列长度不够64的尾部加零。X(k)=FFT[x(n)]，k=0,1,2,3,…,M－1式中,k代表的频率为2πkkM要求：编写实验程序，计算x1(n)、x2(n)和x3(n)的幅度特性，并绘图显示。观察分析频谱混叠失真,并结合时域采样定理给出解释。（2）频域采样理论的验证。给定信号如下：1013()2714260nnxnnn其它编写程序分别对频谱函数X(ejω)=FT［x(n)］在区间［0,2π］上等间隔采样32点和16点，得到X32(k)和X16(k)：j322π32()(e),0,1,2,31kXkXkj162π16()(e),0,1,2,15kXkXk再分别对X32(k)和X16(k)进行32点和16点IFFT，得到x32(n)和x16(n)：323232()IFFT[()],0,1,2,,31xnXkn161616()IFFT[()],0,1,2,,15xnXkn分别画出X(ejω)、X32(k)和Ｘ16(k)的幅度谱，并绘图显示x(n)、x32(n)