《信号与系统综合性实验》上机指导书.pdfVIP

综合性实验指导书 实验项目名称：信号与线性系统的时频域分析 实验项目性质：综合性 所属课程名称：信号与系统 实验计划学时：4 学时 一、 实验目的 1．用MATLAB 仿真矩形脉冲合成的过程，理解谐波幅度对波形合成的作用； 2．用 MATLAB 仿真矩形脉冲合成的过程，理解谐波相位对波形合成的作用； 3．掌握使用MATLAB 进行实时信号频谱分析的方法； 4. 掌握使用MATLAB对 LTI 系统进行频域分析的方法； 4. 掌握使用MATLAB 分析LTI 系统对周期性输入信号的响应的方法。 二、 实验内容和要求 观测已知方波信号、正弦波信号的频谱；观测实时模拟信号的频谱；加深理解时域周期信号的 各频率分量在振幅频谱图上所占的比重；观测相位在波形合成中的作用；LTI 系统的频域分析， LTI 系统对周期性输入信号的响应。 三、 实验主要仪器设备和材料 计算机，MATLAB（6.5 以上） 四、 实验方法、步骤及结构测试 （一） 谐波幅度对波形合成的影响 一个幅度为 E ，脉冲宽度为τ，重复周期为 T 的矩形脉冲信号，波形如下图 1 所示 τ 图 1 方波信号可以分解为: 实验内容为用前 5 项谐波近似合成一方波。先画出基波分量；然后将三次谐波加到基波上，并画 出结果；再将一次、三次、五次、七次和九次谐波加在一起；将上述波形分别画在一幅图中，可以 看出它们逼近方波的过程。注意“吉布斯现象”。周期信号傅里叶级数在信号的连续点收敛于该信 号，在不连续点收敛于信号左右极限的平均值。如果我们用周期信号傅里叶级数的部分和来近似周 期信号，在不连续点附近将会出现起伏和超量。在实际中，如果应用这种近似，就应该选择足够大 的N，以保证这些起伏拥有的能量可以忽略。 （二）相位对波形合成的影响 在本实验中，三次谐波相对于基波有 270 度相移。重复（一）的步骤，观测各次谐波对合 成信号的影响。 （三）信号频谱分析 1. 观测已知方波信号、正弦波信号的频谱 分析频率为 4KHz 、8KHz 的占空比为 50%的方波信号、正弦波信号的频谱。记录所得频谱图。 2. 观测实时模拟信号（语音）的频谱 用音频设备采集一段语音，将语音存为.wav 格式。对 wav文件作分段傅里叶变换分析。语音是 分音节的，应把它分段分析，而且实际运用中的数字信号处理的 FFT的点数是有限的，一般只能达 到千点。用傅里叶反变换 IFFT，从频域恢复信号。画出频谱图和语音波形图。 （四） 系统的频率域分析 1．如图2 所示的RC电路，1/RC=1000。计算图 2 所示系统的幅度谱和相位谱，并用 MATLAB绘 制出系统的幅度谱和相位谱。当系统的输入 时，计算系统的输出 ， ( ) xcost 100 cost 3000 + t y (t ) 并用 MATLAB绘制出系统的输入 和输出 的波形。 x (t ) y (t ) i t( ) C R + + x (t ) v (t ) C y (t ) v (t ) C