正弦信号的频域分析

《信号与系统》课程研究性学习手册

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(C02?2?n?1Cn)/P?0.90定义信号的有效带宽，试确定下图所示信号的有效带宽N?0，

N2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。

x(t)A/2tAx(t)?T0?T0/2?A/2T0/2T0?T0T0/2T0t(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】

（a） 周期矩形信号

利用连续Fourier级数的时移特性，以

周期信号的时域及其频域分析

一、 实验目的

1、 掌握multisim软件的应用及用虚拟仪器对周期信号的频谱测量

2、 掌握选频电平表的使用，对信号发生器输出信号（方波、三角波、矩形波

等）频谱的测量 二、 实验原理

周期信号的傅里叶级数分析法，可以把周期信号表示为三角傅里叶级数或指数傅里叶级数，其中周期信号应满足1、 周期信号表示为三角傅里叶级数

f(t)=

.

式中，为直流分量，角频率。

当n=1，cos(Ωt)和

和为n次谐波分量系数，T为周期，Ω=为

sin(Ωt)合成角频率为Ω=的正弦分量，称为基波

分量，Ω称为基波频率；当n>1(n为整数)，cos(nΩt)和sin(nΩt)合成

角频率为nΩ的正弦分量，称为n次谐波分量，nΩ称为谐波频率。 2、 周期信号表示为指数傅里叶级数

将一周期信号f(t)分解为谐波分量，即

f(t)=

其中，

是第n次谐波分量的复数振幅。三角傅里叶级数和指数傅里叶级数虽然形式不同，但是实际上它们是属于同一性质的级数，即都是将一周期信号表示为直流分量和谐波分量之和。

三、 实验内容

1、 在multisim实现周期信号的时域频域测量及分析 （1）、绘制测量电路

1

XSA1INTXSC1Ext Trig+_A+_+B

郑州轻工业学院

课程设计说明书

题目：基于MATLAB的连续时间信号的频域分析

姓 名：

院 （系）： 电气信息工程学院 专业班级： 电子信息工程11-1 学 号：

指导教师：

成 绩：

时间： 2014 年 6 月 9 日至 2014 年 6 月 13 日

郑州轻工业学院 课 程 设 计 任 务 书

题目 基于MATLAB的连续时间信号的频域分析 专业、班级 电子信息工程班 学号 姓名 主要内容、基本要求、主要参考资料等： 主要内容：

利用MATLAB的图形处理功能、符号运算功能和数值计算功能，实现对连续时间信号的频域分析的MATLAB仿真，并绘制相应的信号频谱。

基本要求：

1、利用MATLAB绘制单位冲激信号、单位阶跃信号、实指数信号、正弦信号、非周期矩形脉冲信号和非周期三角波脉冲信号的频谱，并进行相应的频域分析。

2、利用MATLAB绘制周期方波信号、周期锯齿波信号和周期三角波信

实验三 连续信号的频域分析

一、 实验目的

1. 2.

掌握周期信号的频谱—— Fourier 级数的分析方法及其物理意义。

深入理解信号频谱的概念，掌握典型信号的频谱以及 Fourier 变换的主要性质。

二、 实验内容及步骤

。

T482） 求图3-6所示的单个三角脉冲（??1）的傅里叶变换，并作出其幅度谱和相位谱。 1）求不同占空比下周期矩形脉冲的幅度谱和相位谱，例如

??1、

110.80.60.40.20-6f(t)-4-20246t

图3-6 单个三角脉冲

四、实验报告要求

1. 2.

1）求不同占空比下周期矩形脉冲的幅度谱和相位谱，例如代码

t=-8:0.01:8; y=square(2*pi*t,25); T=0.01; dw=1

w=-10*pi:dw:10*pi; F=y*exp(-j*t'*w)*T;

F1=abs(F); %计算幅度谱 phaF=angle(F); %计算相位谱 subplot(3,2,1) plot(t,y); grid on; xlabel('t')

ylabel('y')

title('占空比为1/4的周期矩形脉冲的波形图') subplot(3,

实验三 连续时间信号的频域分析

一、实验目的：

1、掌握采用matlab求解连续时间周期信号的Fourier级数表达式的方法； 2、掌握采用matlab求解连续时间非周期信号傅立叶变换的方法； 3、掌握利用MATLAB求解连续时间信号的频谱图的方法。 4、掌握利用MATLAB求解连续时间信号的能量谱的方法。 二、实验原理：

1、matlab相关内容参考《matlab上机实验指导书》。

2、连续时间周期的傅立叶级数、连续非周期信号的傅立叶变换等内容请参

考教材第四章。

3、连续非周期信号的傅立叶变换

信号f(t)的傅里叶变换定义为

? F(j?)?F[f(t)]??f(t)e?j?tdt （3.1）

??傅里叶反变换定义为

f(t)?F?1[F(j?)]?12?????F(j?)ej?td? （3.2）

下面介绍MATLAB符号运算求解傅立叶变换的方法。

MATLAB符号数学工具箱提供了直接求解傅里叶变换和傅里叶反变换的函数fourier( )及ifourier( )。傅里叶变换的语句格式分为三种。

（1） F

肌电信号的时域和频域分析

摘要：肌电信号是产生肌肉力的电信号根源，它是肌肉中很多运动单元动作电 位在时间和空间上的叠加，反映了神经，肌肉的功能状态，在基础医学研究、 临床诊断和康复工程中有广泛的应用。

其种类重要有两种：一，临床肌电图检查多采用针电极插入肌肉检测肌 电图，其优点是干扰小，定位性好，易识别，但由于它是一种有创伤的检测 方法，其应用收到了一定的限制。二，表面肌电则是从人体皮肤表面通过电 极记录下来的神经肌肉活动时发放的生物电信号，属于无创伤性，操作简单， 病人易接受，有着广泛的应用前景。

本次设计基于matlab用小波变换对肌电信号进行消噪处理，分别选用20N的肌电信号数据和50N的肌电数据进行对比，最后在GUI界面上完成相应的功能处理。

关键字：肌电信号 Matlab 小波去噪 GUI

第一章 绪论

肌电信号是产生肌肉力的电信号根源，它是肌肉中很多运动单元动作电位 在 时 间 和 空 间 上 的 叠 加，反 映 了 神 经，肌 肉 的 功 能 状 态，在基础医学研究、临床诊断和康复工程中有广泛的应用。

其种类重要有两种：一，临床肌电图检查多采用针电极插入肌肉检测肌电图，其优点是干扰小，定位性好，易识别，但

西南科技大学

课 程 设 计 报

课程名称： 通信系统课程设计 设计名称： 正弦信号的谱分析及提取 姓 名： 学 号: 20095972 班 级： 通信0902 指导教师： 起止日期： 2012.6.4-2011.6.18

西南科技大学信息工程学院制

告

课 程 设 计 任 务 书

学生班级：通信0902 学生姓名： 学号： 20095972

设计名称： 正弦信号的谱分析及提取 起止日期：2012.6.4—2012.6.18 指导教师：

设计要求： 基本要求： ? 采用matlab或者其他软件工具产生不同频率，不同幅度的两种正弦波信号sin1(n)与sin2(n)，并将这两个信号叠

西南科技大学

程 设 计 报

课程名称： 通信系统课程设计 设计名称： 正弦信号的谱分析及提取 姓 名： 学 号: 班 级： 指导教师： 起止日期： 2012.6.4-2012.6.18

西南科技大学信息工程学院制

课告

课 程 设 计 任 务 书

学生班级： 学生姓名： 学号： 设计名称： 正弦信号的谱分析及提取 起止日期： 2012.6.11-2012.6.25 指导教师：

设计要求： 基本要求： 采用matlab或者其他软件工具产生不同频率，不同幅度的两种正弦波信号sin1(

实验三 周期信号频域分析

一、目的

（1）掌握周期信号傅立叶级数分解与合成的计算公式

（2）掌握利用MATLAB实现周期信号傅立叶级数分解与综合方法 （3）理解并掌握周期信号频谱特点

二、周期信号傅立叶级数

周期信号是定义在(??,??)区间内，按一定时间间隔（周期T）不断重复的信号。可表示为

f(t)?f(t?mT)

式中m为任意整数，T为周期，周期的倒数成为该信号频率。

实验内容

仿照例程，实现下述周期信号的傅立叶级数分解与合成： f(t)

1

O 4 -4 -3 1

要求：

0n5 t （a）首先，推导出求解a，a，b的公式，计算出前10次系数；

n （b）利用MATLAB求解a，a，b的值，其中a，b求解前10次系

0nnnn数，并给出利用这些系数合成的信号波形。

（a）设周期信号f(t)的周期为T，角频率??2?f?1112?T1，且满足狄里赫利条件，

则该周期信号可以展开成傅立叶级数。 （1）三角形式傅立叶级数

f(t)?a0?a1cos?1t?b1sin?1t?a2cos?2t?b2sin?2t?...?ancos?nt?bnsin?nt?...??n?a0??an?1cos(n?1t)??bn?1nsin(

第2章

时域离散信号和系统的频域分析

第二章 时域离散信号和系统的频域分析

1/115

第2章

时域离散信号和系统的频域分析

2.1 引言信号和系统的分析方法有两种：时域分析方法 和变换域分析方法。

连续系统： 时域分析微分方程

傅利叶变换、拉氏变换

代数方程

离散系统： 时域分析

傅利叶变换、Z变换

差分方程

代数方程2/115

第2章

时域离散信号和系统的频域分析

序列的傅利叶变换 序列傅利叶变换的性质 序列的Z变换 不同形式序列的Z变换及其收敛域 Z逆变换 Z变换的性质 系统函数与频率特性

3/115

第2章

时域离散信号和系统的频域分析

§2.2

序列的傅利叶变换

2.2.1 序列的傅里叶变换的定义 众所周知，连续时间信号f(t)的傅里叶变换定义为：

而F(jΩ)的傅里叶反变换定义为

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第2章

时域离散信号和系统的频域分析

离散时间信号x(n)的傅里叶变换定义为：DTFT(2.2.1)

只有当序列x(n)绝对可和，即(2.2.2)

x(n)的傅里叶变换才存在且连续。 X(ejω)的傅里叶反变换定义为(2.2.4) 5/115

第2章

时域离散信号和系统的频域分析

在物理意义上，X(ejω)表示序列x(n)的频谱， ω为数字域频率。X(ejω)一般为复