信号分析与处理实验报告(基于MATLAB)

武汉工程大学电气信息学院专业班级14通信3班实验时间12-16周周二上午学生学号1404200529实验地点4B315学生姓名赵晶指导教师许楠实验项目信号分析与处理实验(基于MATLAB)实验类别基础实验实验学时10学时实验目的及要求一、掌握连续信号的MATLAB表示方法及用MATLAB描绘二维图像二、掌握用MATLAB对连续信号进行基本运算和时域变换的方法；三、掌握两个连续时间信号卷积的计算方法和MATLAB编程技术。四、掌握LTI系统的微分方程描述方法及其MATLAB编程的求解方法。五、掌握周期函数的傅里叶级数计算方法和编程技术，掌握用MATLAB进行傅里叶正反变换的方法。六、掌握系统频率响应特性的计算方法和特性曲线的绘制方法；掌握用MATLAB语言进行系统频响特性分析的方法成绩评定表类别评分标准分值得分合计上机表现按时出勤、遵守纪律认真完成各项实验内容30分报告质量程序代码规范、功能正确填写内容完整、体现收获70分说明：评阅教师：日期：年月日《信号分析与处理》实验报告实验内容实验一：连续时间信号的时域表示一、实验内容1、参考示例程序，绘制信号]3[3cos2tututet的图形，t取-1到4，步长值设为0.01。2、产生一个指数为ti*]*4/1.0[的复指数函数，绘出函数的实部、虚部、幅度和相位的波形，t取0到20，步长值设为0.1。二、实验方法与步骤1、绘制信号]3[3cos2tututet的图形程序代码如下：clearallt=-1:0.01:4;%信号时间样本点向量f=exp(-2*t).*cos(3*pi*t).*(heaviside(t)-heaviside(t-3));%函数描述plot(t,f)%命令绘制信号的时域波形title('信号1')%添加标题xlabel('t')%添加横坐标说明ylabel('f')%添加纵坐标说明axis([-1,4,-0.7,1.1])%对横纵坐标进行限定gridon2、绘制指数为ti*]*4/1.0[的复指数函数的实部、虚部、幅度和相位的波形程序代码如下：clearallt=0:0.1:20;%信号时间样本点向量《信号分析与处理》实验报告z=(-0.1+(pi/4)*1i)*t;%函数描述f=exp(z);%定义指数信号fr=real(f);%描述函数实部fi=imag(f);%描述函数虚部fa=abs(f);%描述函数幅度fg=angle(f);%描述函数相位subplot(2,2,1)%将当前窗口分成2行2列个子窗口，并在第1个子窗口绘图plot(t,fr)title('实部')xlabel('t')axis([-0.5,20.5,-0.8,1.2])gridonsubplot(2,2,2)%将当前窗口分成2行2列个子窗口，并在第2个子窗口绘图plot(t,fi)title('虚部')xlabel('t')axis([-0.5,20.5,-0.8,1])gridonsubplot(2,2,3)%将当前窗口分成2行2列个子窗口，并在第3个子窗口绘图plot(t,fa)《信号分析与处理》实验报告title('幅度')xlabel('t')axis([-0.5,20.5,0,1.1])gridonsubplot(2,2,4)%将当前窗口分成2行2列个子窗口，并在第4个子窗口绘图plot(t,fg)title('相位')xlabel('t')axis([-0.5,20.5,-3.5,3.5])gridon三、实验数据与结果分析1、《信号分析与处理》实验报告2、四、思考：1、为什么图二中t=0处曲线是间断的，如何使其成为连续的曲线？因为axis函数对纵坐标的的上边界限定过小，使图形在边界处不能完整的显示。《信号分析与处理》实验报告实验内容实验二：连续时间信号的时域分析一、实验内容1、已知tuetxt5.0，35.1txty，绘制x(t)和y(t)的图形，t取-3到5，步长值设为0.01。2、根据符号函数和单位阶跃函数的关系，利用符号函数sign实现单位阶跃函数。要求图形窗口的横坐标范围为-5~5，纵坐标范围为-1.5~1.5。3、任意定义一个有限长时间信号y1(t)，根据式2.1产生一个周期信号，绘制y1(t)和y(t)的图形。二、实验方法与步骤1、绘制x(t)和y(t)的图形程序代码如下：cleart=-3:0.01:5;x=exp(-0.5*t).*heaviside(t);%描述因果信号x(t)y=exp(-0.5*1.5*(t+2)).*heaviside(1.5*(t+2));%描述因果信号x(1.5t+3)subplot(2,1,1)plot(t,x)title('x(t)')xlabel('t')ylabel('x')axis([-3,5,-0.1,1.1])gridon《信号分析与处理》实验报告subplot(2,1,2)plot(t,y)title('y(t)')xlabel('t')ylabel('y')axis([-3,5,-0.1,1.1])gridon2、利用符号函数sign实现单位阶跃函数符号函数与单位阶跃函数的关系表达式为：21tsignt程序代码如下：cleart=-20:0.01:20;x1=sign(t);u=(x1+1)./2plot(t,u)title('u')xlabel('t')axis([-5,5,-0.5,1.5])gridon《信号分析与处理》实验报告3、绘制y1(t)和周期信号y(t)的图形利用for循环语句来实现周期信号程序代码如下：cleart=-8:0.01:8;y1=rectpuls(t)%定义有限长时间信号y=0%赋初始值为0fori=-6:2:6;%从-6开始以2的步长递增至6结束y=y+rectpuls(t+i,1)%循环叠加end%结束循环subplot(2,1,1)plot(t,y1)%绘制有限长时间信号y1(t)的时域波形title('y1(t)')xlabel('t')axis([-2,2,-0.2,1.2])gridonsubplot(2,1,2)plot(t,y)%绘制周期信号y(t)的时域波形title('y(t)')《信号分析与处理》实验报告xlabel('t')axis([-7,7,-1,2])gridon三、实验数据与结果分析1.2.《信号分析与处理》实验报告3.四、思考：1、代数运算符号*和.*的区别是？*是矩阵相乘，是矩阵A行元素与B的列元素相乘的和.*是数组相乘，表示数组A和数组B中的对应元素相乘《信号分析与处理》实验报告实验内容实验三连续时间信号的卷积一、实验内容1、已知两连续时间信号如下图所示，绘制信号f1(t)、f2(t)及卷积结果f(t)的波形；设时间变化步长dt分别取为0.5、0.1、0.01，当dt取多少时，程序的计算结果就是连续时间卷积的较好近似？2、、计算信号11atuetfat和ttutfsin2的卷积f(t)，f1(t)、f2(t)的时间范围取为0~10，步长值取为0.1。绘制三个信号的波形。二、实验方法与步骤1、绘制信号f1(t)、f2(t)及卷积结果f(t)的波形，当dt取0.01时程序的计算结果就是连续时间卷积的较好近似程序代码如下：clearallcloseallclcdt=0.01t1=0:dt:2;t2=-1:dt:1;《信号分析与处理》实验报告f1=0.5*t1;f2=0.5*(t2+1);y=dt*conv(f1,f2);%计算卷积t0=t1(1)+t2(1);%计算卷积结果的非零样值的起点位置t3=length(y);%计算卷积结果的非零样值的宽度ty=t0:dt:(t0+(t3-1)*dt);%确定卷积结果的非零样值的时间向量subplot(3,1,1)plot(t1,f1)%绘制信号f1(t)的时域波形title('f1')xlabel('t1')axis([-1.5,3,-0.2,1.1])gridonsubplot(3,1,2)plot(t2,f2)%绘制信号f2(t)的时域波形title('f2')xlabel('t2')axis([-1.5,3,-0.2,1.1])gridonsubplot(3,1,3)《信号分析与处理》实验报告plot(ty,y)%绘制两信号卷积结果y(t)的时域波形title('y')xlabel('ty')axis([-1.5,3.2,-0.2,0.7])gridon2、计算信号11atuetfat和ttutfsin2的卷积f(t)程序代码如下：clearallcloseallclcdt=0.1t1=0:dt:10;t2=0:dt:10;f1=exp(-1*t1).*heaviside(t1);f2=sin(t2).*heaviside(t2);y=dt*conv(f1,f2);%计算卷积t0=t1(1)+t2(1);%计算卷积结果的非零样值的起点位置t3=length(y);%计算卷积结果的非零样值的宽度ty=t0:dt:(t0+(t3-1)*dt);%确定卷积结果的非零样值的时间向量subplot(3,1,1)plot(t1,f1)%绘制信号f1(t)的时域波形《信号分析与处理》实验报告title('f1')xlabel('t1')axis([-0.2,10.2,-0.2,1])gridonsubplot(3,1,2)plot(t2,f2)%绘制信号f2(t)的时域波形title('f2')xlabel('t2')axis([-0.2,10.2,-1.2,1.2])gridonsubplot(3,1,3)plot(ty,y)%绘制两信号卷积结果y(t)的时域波形title('y')xlabel('ty')axis([-0.2,20.2,-1.2,1.2])gridon《信号分析与处理》实验报告三、实验数据与结果分析1.2.《信号分析与处理》实验报告实验内容实验四连续时间系统的时域分析一、实验内容已知描述某连续系统的微分方程为：txtydttdydttyd64221、求出该系统在0～30秒范围内，以时间间隔0.1秒取样的单位冲激响应和单位阶跃响应的数值解，并绘制时域波形；2、计算并绘制该系统在输入信号为tueetxtt32时的零状态响应。二、实验方法与步骤1、绘制该系统的单位冲激响应和单位阶跃响应的时域波形程序代码如下：clearallcloseallclct=0:0.1:30;a=[4,1,6];b=[0,0,1];%描述系统的对应向量subplot(2,1,1)impulse(b,a);%绘出向量a和b定义的连续系统的单位冲激响应的时域波形title('单位冲激响应')xlabel('t')ylabel('y')axis([0,30,-0.15,0.2])gridon《信号分析与处理》实验报告subplot(2,1,2)step(b,a);%绘出向量a和b定义的连续系统的单位阶跃响应的时域波形title('单位阶跃响应')xlabel('t')ylabel('y')axis([0,30,0,0.3])gridon2、计算并绘制该系统在输入信号为tueetxtt32时的零状态响应程序代码如下：clearallcloseallclct=0:0.1:30;a=[4,1,6];b=[0,0,1];x=(exp(-2*t)-exp(-3*t)).*heaviside(t);lsim(b,a,x,t);%由a和b表示的LTI系统在输入信号x作用下的零状态响应title('零状态响应')xlabel('t')ylabel('y')gridon《信号分析与处理》实验报告三、实验数据与结果分析1.2.《信号分析与处理》实验报告实验内容实验五连续时间信号的频域分析一、实验内容1、如图5.4所示的奇谐周期方