数字信号处理(基于matlab)实验三

实验报告实验名称__窗函数的特性分析____课程名称____数字信号处理____院系部:专业班级：学生姓名：学号:同组人:实验台号:指导教师：成绩：实验日期:华北电力大学一、实验目的及要求：分析常用窗函数的时域和频域特性，灵活运用窗函数分析信号频谱和设计FIR数字滤波器。二、仪器用具：仪器名称规格/型号数量备注装有matlab的计算机1三、实验原理在确定信号谱分析、随机信号功率谱估计以及FIR数字滤波器设计中，窗函数的选择起着重要的作用。在信号的频谱分析中，截短无穷长的序列会造成频率泄漏，影响频谱分析的精度和质量。合理选取窗函数的类型，可以改善泄漏现象。在FIR数字滤波器设计中，截短无穷长的系统单位脉冲序列会造成FIR滤波器幅度特性的波动，且出现过渡带。四、实验方法与步骤:1.分析并绘出常用窗函数的时域特性波形。2.利用fft函数分析常用窗函数的频域特性,并从主瓣宽度和旁瓣相对幅度两个角度进行比较分析。3.研究凯塞窗(Kaiser)的参数选择对其时域和频域的影响。(1)固定beta=4，分别取N=20,60,110；(2)固定N=60，分别取beta=1,5,114.序列w=0.5*cos(11*pi/20*k)+cos(9*pi/20*k)，分析其频谱。(1)利用不同宽度N的矩形窗截短该序列,N分别为20,40,160，观察不同长度N的窗对谱分析结果的影响；(2)利用哈明窗重做(1)；(3)利用凯塞窗重做(1)；(4)比较和分析三种窗的结果；(5)总结不同长度或类型的窗函数对谱分析结果的影响。五、实验结果与数据处理：1.分析并绘出常用窗函数的时域特性波形。矩形窗：N=51;w=boxcar(N);Y=fft(w,256);subplot(2,1,1);stem([0:N-1],w);subplot(2,1,2);窗函数名称时域表示式MATLAB实现矩形窗(Rectangle)1w=boxcar(N)或w=ones(N,1)(Hanning)w=1/2*(1-cos(2*pi*k/(N-1))或w=hannning(N)哈明窗(Hamming)w=0.54-0.46*cos(2*pi*k/(N-1))或w=hamming(N)布拉克曼窗(Blackman)w=0.42-0.5*cos(2*pi*k/(N-1))+0.08*cos(4*pi*k/(N-1))或w=blackman(N)(一种三角形窗)w=1-abs(2*(k-(N-1)/2)/(N-1))或w=bartlett(N)(Kaiser)w=Kaiser(N,beta)beta控制kaiser窗形状的参数Y0=abs(w);plot([-128:127],Y0)Hamming窗：N=51;k=0:N;w=hamming(N)Y=fft(w,256);subplot(2,1,1);stem([0:N-1],w);subplot(2,1,2);Y0=abs(Y);plot([-128:127],Y0);布拉克曼窗：N=100;w=blackman(N)Y=fft(w,256);subplot(2,1,1);stem([0:N-1],w);0510152025303540455000.20.40.60.81-150-100-500501001500204060subplot(2,1,2);Y0=abs(Y);plot([-128:127],Y0);一种三角窗：N=100;w=bartlett(N)Y=fft(w,256);subplot(2,1,1);stem([0:N-1],w);subplot(2,1,2);Y0=abs(Y);plot([-128:127],Y0);Kaiser：N=100;beta=100;w=Kaiser(N,beta)Y=fft(w,256);subplot(2,1,1);stem([0:N-1],w);subplot(2,1,2);Y0=abs(Y);plot([-128:127],Y0)2.研究凯塞窗(Kaiser)的参数选择对其时域和频域的影响(1)固定beta=4，分别取N=20,60,110；N=20N=60N=110(2)固定N=60，分别取beta=1,5,11。beta=1Beta=5Beta=113.序列w=0.5*cos(11*pi/20*k)+cos(9*pi/20*k)分析其频谱。(1)利用不同宽度N的矩形窗截短该序列,N分别为20,40,160，观察不同长度N的窗对谱分析结果的影响；N=input('TypeinN=');%N=60;%k=0:N;k=0:N-1;w=0.5*cos(11*pi/20*k)+cos(9*pi/20*k);Y=fft(w,256);subplot(2,1,1);stem(k,w);subplot(2,1,2);Y0=abs(Y);plot([-128:127],Y0);N=20N=40N=160六、讨论与结论（对实验现象、实验故障及处理方法、实验中存在的问题等进行分析和讨论，对实验的进一步想法或改进意见。）1.什么是信号截短？什么是吉布斯(Gibbs)现象？增加长度N能消除吉布斯现象吗？应该如何解决？2.非矩形窗有哪些？相比矩形窗，其优缺点有哪些？3.怎样选择凯塞窗(Kaiser)的参数？4.在信号谱分析中，如何合理地选择窗函数？5.在数字滤波器设计中，如何合理地选择窗函数？七、实验打印输出结果: