通信专业信号与系统课程设计 - 图文

课程设计说明书 NO.1

应用MATLAB实现连续信号的采样与重构仿真 1．课程设计的目的 信号与系统课程设计既是我们学习《信号与系统》课程中一个必要的环节通过实践。通过实践我们掌握课程设计基本技能和方法，进一步理解电子系统的工作原理，加强各个学科的综合应用能力，有利于我们逻辑思维的锻炼，同时也有利于加深我们对这门课程的兴趣。通过对模拟信号的进行一系列相关处理，掌握信号和线性系统的基本原理并通仿真实验完成线性系统的实现方法。可以增加我们对仿真软件MATLAB的感性认识，学会该软件的操作和使用方法；加深理解采样与重构的概念；初步掌握线性系统的设计方法，培养独立工作能力。运用所学的知识和相关课程，独立完成一个信号处理的线性系统的程序设计、调试，包括模拟信号（含信号频谱分析）产生、滤波、抽样、数字信号处理。 2．设计方案论证 2.1．MATLAB 简介 MATLAB典型的使用包括：数学和计算、算术发展模型、模拟和原型、数据分析、开发和可视化、科学和工程图学。应用发展包括图形用户界面设计、MATLAB表示矩阵实验室。 MATLAB语言是高阶的矩阵/数组语言,带控制流动陈述，函数，数据结构，输入/输出，而且面向目标的编程特点。MATLAB工作环境是作为MATLAB用户或程序编制员的一套工具和设施。 MATLAB制图系统。它为2维上，而且三维的数据可视化，图象处理，动画片制作和表示图形包括高阶的指令在内。它也为包括低阶的指令在内,允许你建造完整的图形用户界面（GUIs），MATLAB应用。制图法功能在MATLAB工具箱中被组织成5文件夹： graph2d 2-的维数上的图表，graph3d 三维的图表， specgraph 专业化图表， graphics 制图法， uitools 图形用户界面工具。MATLAB的数学和分析的功能在MATLAB工具箱中被组织成8文件夹：elmat 初步矩阵，和矩阵操作，elfun 初步的数学函数，specfun 专门的数学函数，matfun 矩阵函数－用数字表示的线性的代数，datafun 数据分析和傅立叶变换，polyfun 插入物，并且多项式，funfun功能函数，sparfun 稀少矩阵。 2.2．应用MATLAB实现连续信号的采样与重构仿真的原理 基于MATLAB连续信号的采样频谱和重构的时域信号,给出信号重构的误差,并分 ** 大 学 课程设计说明书 NO.2

析采样周期对采样频谱叠加和信号重构精度的影响。连续信号的数据采样是测量与控制的首要环节,一般遵循采样定律[1],即满足sν≥2νm,νm为被测信号的上限截止频率,sν为采样频率。利用MATLAB软件编程工具对信号与线性系统中信号的分解与合成进行了仿真,分析了合成信号的误差,重现了在信号合成过程中的Gibbs现象。设计中利用的基本定理如下： 2.2.1.采样定理：在进行模拟/数字信号的转换过程中，当采样频率fs.max大于信号中，最高频率fmax的2倍时，即：fs.max>=2fmax,则采样之后的数字信号完整地保留了原始信号中的信息，一般取2.56-4倍的信号最大频率；采样是将一个信号（即时间或空间上的连续函数）转换成一个数值序列（即时间或空间上的离散函数）。采样定理指出，如果信号是带限的，并且采样频率高于信号带宽的两倍，那么原来的连续信号可以从采样样本中完全重建出来。带限信号变换的快慢受到它的最高频率分量的限制，也就是说它的离散时刻采样表现信号细节的能力是有限的。采样定理是指，如果信号带 宽不到采样频率的一半（即奈奎斯特频率），那么此时这些离散的采样点能够完全表示原信号。高于或处于奈奎斯特频率的频率分量会导致混叠现象。大多数应用都要求避免混叠，混叠问题的严重程度与这些混叠频率分量的相对强度有关。信号采样时连续时间信号分析向离散信号分析和连续信号处理向数字信号处理的第一步，广泛应用于实际的 各类系统中。 图2.1信号采样原理 所谓信号采样，也称之为取样或抽样，就是利用抽样脉冲序列p(t)从连续信号f(t) 中抽取一系列得离散样值，从数学上讲，抽样过程就是抽样脉冲得到的4和原连续信号 ** 大 学 课程设计说明书 NO.3

相乘的过程，即 fs(t)= f(t) p(t) 假设原信号的频谱为F(?)，即f(t)? F(?)；抽样信号脉冲是一个周期信号，它的频谱为 p(t)=n????Pen?jnwst?P(?)?2?n????P?(??n?) ns?其中，?s?2?为抽样角频率。因此，抽样信号的频谱为 Ts??1Fs(?)?F(?)P(?)??Pn?(???s)??PF(???s) 2?n???n??? 即 Fs(?)?n????PF(???) ns?带限信号波形f(t)-t与频谱F(?)?? 图2.2. f(t)--t

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图2.3 F(w)-w 从信号处理的角度来看，采样定理描述了两个过程：其一是采样，这一过程将连续时间信号转换为离散时间信号；其二是信号的重建，这一过程离散信号还原成连续信号。连续信号在时间（或空间）上以某种方式变化着，而采样过程则是在时间（或空间）上，以T为单位间隔来测量连续信号的值。T称为采样间隔。在实际中，如果信号是时间的函数，通常他们的采样间隔都很小，一般在毫秒、微秒的量级。采样过程产生一系列的数字，称为样本。样本代表了原来地信号。每一个样本都对应着测量这一样本的特定时间点，而采样间隔地倒数，1/'即为采样频率，其单位为样本/秒，即赫兹(hertz)。采样又分为临界采样，过采样，欠采样，分别可用图形表示为： 图2.4原信号频谱 ** 大 学 课程设计说明书 NO.5

图2.5过采样状态，频谱不混叠

图2.6欠采样状态，频谱混叠 2.2.2．重构（refactoring）:是指在不改变软件的功能和外部特性的情况下，利用软件对代码和架构进行优化的一种方法。在重构方法提出前，对软件结构的调整一直在进行中，重构方法提出了一种可靠的改变代码质量的方法，将重构的动作原子化，使得重构可以在软件工具的支持下轻松进行。 ** 大 学

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应用MATLAB实现连续信号的采样与重构仿真 1．课程设计的目的 《信号与系统》课程是一门专业基础课，需要我们通过实践来巩固基础知识，将我们在课本中学到的东西应用于实际生活中。因此说，信号与系统课程设计既是我们学习《信号与系统》课程中一个必要的环节通过实践。通过实践我们掌握课程设计基本技能和方法，进一步理解电子系统的工作原理，加强各个学科的综合应用能力，有利于我们逻辑思维的锻炼，同时也有利于加深我们对这门课程的兴趣。通过一个模拟信号的一系列数据处理，掌握信号和线性系统的基本原理并通仿真实验完成线性系统的实现方法，完成一个信号处理的线性系统的程序设计、调试，包括模拟信号（含信号频谱分析）产生、滤波、抽样、数字信号处理。达到进一步完善对信号与系统课程学习的效果。 2．课程设计要求 一．根据老师所给的题目，查找有关的资料和书籍（《信号与线形系统分析——基于MATLAB的方法与实现》，《MATLAB 简介》，《信号的分析与处理》等）。掌握设计所需的基本内容和技巧，例如MATLAB的基本操作，如何进行信号的处理和应用，当遇到问题时，与同学进行讨论合研究，或向指导教师请教。 二．根据自己的设计题目，进行独立的构思和分析，制定出具体的设计方案，并构思出详细的设计内容，分析和思考具体实践过程中将会遇到的问题及解决方案。 三．将做好的设计按照统一要求进行格式上的修改。 3．课程设计主要内容 通过对模拟信号的进行一系列相关处理，掌握信号和线性系统的基本原理并通仿真实验完成线性系统的实现方法。具体要求如下： 1．增加对仿真软件MATLAB的感性认识，学会该软件的操作和使用方法； 2．加深理解采样与重构的概念； 3．初步掌握线性系统的设计方法，培养独立工作能力。 4．完成一个信号处理的线性系统的程序设计、调试，包括模拟信号（含信号频谱分析）产生、滤波、抽样、数字信号处理。 ** 大 学

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