数字信号处理课程设计

课程设计报告(2009--2010年度第2学期)名称：数字信号处理题目：使用Matlab工具进行数字信号处理院系班级：学号：学生姓名指导教师：设计周数：一周成绩：日期：2010年7月8日课程课程设计报告1《数字信号处理（自）》课程设计任务书一、目的与要求是使学生通过上机使用Matlab工具进行数字信号处理技术的仿真练习，加深对《数字信号处理（自）》课程所学基本理论和概念的理解，培养学生应用Matlab等工具进行数字信号处理的基本技能和实践能力，为工程应用打下良好基础。二、主要内容1．了解Matlab基本使用方法，掌握Matlab数字信号处理的基本编程技术。掌握数字信号的基本概念。1）使用Matlab（生成几种典型数字信号（正弦信号、周期信号、高斯随机信号等））。2）编程计算离散信号的特征值（均值、方差等）。3）进行信号加减运算。2．Matlab编程实现典型离散信号（正弦信号、周期信号、随机信号）的离散傅立叶变换，显示时域信号和频谱图形（幅值谱和相位谱）；以周期信号为例，观察讨论基本概念（混叠、泄漏、整周期截取、频率分辨率等）。3．设计任意数字滤波器，并对某类型信号进行滤波，并对结果进行显示和分析。三、进度计划序号设计(实验)内容完成时间备注1布置课程设计任务、示范讲解Matlab程序使用方法0.5天2上机进行课程设计3天3整理课程设计报告1天4演示课程设计内容并答辩0.5天四、设计成果要求1．提交完成设计内容的程序2．提交设计报告五、考核方式课程设计报告、设计内容演示和答辩相结合。考核内容：考勤、纪律、课程设计报告、实际编程能力和基本概念掌握程度等。学生姓名：指导教师2010年7月2日课程课程设计报告2一、课程设计的目的与要求通过上机使用Matlab工具进行数字信号处理技术的仿真练习，加深对《数字信号处理（自）》课程所学基本理论和概念的理解，培养学生应用Matlab等工具进行数字信号处理的基本技能和实践能力，为工程应用打下良好基础。二、设计正文1.了解Matlab基本使用方法，掌握Matlab数字信号处理的基本编程技术。掌握数字信号的基本概念。1.1使用Matlab（生成几种典型数字信号（正弦信号、周期信号、高斯随机信号等））。%生成正弦信号omega=pi/8;%设置数字角频率ns1=0;nf1=32;n1=[ns1:nf1];xn1=sin(omega*n1);subplot(3,1,1);stem(n1,xn1,'.');axis([0,35,-1.2,1.2]);xlabel('n');ylabel('xn');title('(a)正弦信号');grid%生成周期信号x=[1111000];%周期为7xn2=x'*ones(1,3);%产生3个周期长度的序列xn2=xn2(:);xn2=xn2';n2=0:length(xn2)-1;subplot(3,1,2);stem(n2,xn2,'.');axis([0,20,-1.5,1.5]);xlabel('n');ylabel('xn');title('(b)周期信号');grid%生成高斯随机信号n3=40;%设置序列长度为40xn3=randn(1,n3);%产生均值为0方差为1的高斯随机序列课程课程设计报告3subplot(3,1,3);stem(xn3);xlabel('n');ylabel('xn');title('(c)高斯随机信号');grid05101520253035-101nxn(a)正弦信号02468101214161820-101nxn(b)周期信号0510152025303540-505nxn(c)高斯随机信号1.2编程计算离散信号的特征值（均值、方差等）。%生成正弦信号omega=pi/8;%设置数字角频率clcns1=0;nf1=32;n1=[ns1:nf1];xn1=sin(omega*n1);%生成周期信号x=[1111000];%周期为7xn2=x'*ones(1,3);%产生3个周期长度的序列xn2=xn2(:);xn2=xn2';n2=0:length(xn2)-1;课程课程设计报告4%生成高斯随机信号n3=40;%设置序列长度为40xn3=randn(1,n3);%产生均值为0方差为1的高斯随机序列fprintf('正弦信号的均值为%.4f方差分别为%.4f\n',mean(xn1),var(xn1,1));fprintf('周期信号的均值为%.4f方差分别为%.4f\n',mean(xn2),var(xn2,1));fprintf('高斯随机信号的均值为%.4f方差分别为%.4f\n',mean(xn3),var(xn3,1));程序运行结果如下正弦信号的均值为-0.0000方差分别为0.4848周期信号的均值为0.5714方差分别为0.2449高斯随机信号的均值为-0.0024方差分别为0.95061.3进行信号加减运算。%生成正弦信号clcomega=pi/8;%设置数字角频率ns1=0;nf1=32;n1=[ns1:nf1];xn1=sin(omega*n1);%生成周期信号x=[1111000];%周期为7xn2=x'*ones(1,3);%产生3个周期长度的序列xn2=xn2(:);xn2=xn2';ns2=0;nf2=length(xn2)-1;n2=0:nf2;ny=0:max(nf1,nf2);%y的位置向量y1=zeros(1,length(ny));y2=y1;%y1,y2序列初始化y1(find(ny=nf1))=xn1;y2(find(ny=nf2))=xn2;ya=y1+y2;%两序列相加课程课程设计报告5ys=y1-y2;%两序列相减%画图subplot(4,2,1);stem(n1,xn1,'.');xlabel('n');ylabel('xn');title('正弦信号');gridsubplot(4,2,2);stem(ny,y1,'.');xlabel('n');ylabel('xn');title('修正后的正弦信号');gridsubplot(4,2,3);stem(n2,xn2,'.');xlabel('n');ylabel('xn');title('周期信号');gridsubplot(4,2,4);stem(ny,y2,'.');xlabel('n');ylabel('xn');title('修正后的周期信号');gridsubplot(4,2,6);stem(ny,ya,'.');xlabel('n');ylabel('xn');title('序列相加');gridsubplot(4,2,8);stem(ny,ys,'.');xlabel('n');ylabel('xn');title('序列相减');grid010203040-101nxn正弦信号010203040-101nxn修正后的正弦信号0510152000.51nxn周期信号01020304000.51nxn修正后的周期信号010203040-202nxn序列相加010203040-202nxn序列相减2．Matlab编程实现典型离散信号（正弦信号、周期信号、随机信号）的离散傅立叶变换，显示时域信号和频谱图形（幅值谱和相位谱）；以周期信号为例，观察讨论基本概念（混叠、泄漏、整周期截取、频率分辨率等）。课程课程设计报告62.1Matlab编程实现典型离散信号的离散傅立叶变换%生成正弦信号clcomega=pi/8;%设置数字角频率ns1=0;nf1=32;n1=[ns1:nf1];xn1=sin(omega*n1);xk164=fft(xn1,128);%计算xn1的128点dft%以下为正弦信号的绘图k=0:127;wk=2*k/128;%产生128点dft对应的采样点频率（关于\pi归一化值）subplot(3,1,1);stem(n1,xn1,'.');xlabel('n');ylabel('xn');title('正弦信号');gridsubplot(3,1,2);stem(wk,abs(xk164),'.');%绘制128点dft的幅频特性图title('128点dft的幅频特性图');xlabel('\omega/\pi');ylabel('幅度');subplot(3,1,3);stem(wk,angle(xk164),'.');%绘制128点dft的相频特性图title('128点dft的相频特性图');xlabel('\omega/\pi');ylabel('相位');05101520253035-101nxn正弦信号00.20.40.60.811.21.41.61.8201020128点dft的幅频特性图/幅度00.20.40.60.811.21.41.61.82-505128点dft的相频特性图/相位%生成周期信号课程课程设计报告7clcx=[1111000];%周期为7xn=x'*ones(1,10);%产生10个周期长度的序列xn=xn(:);xn=xn';n=0:length(xn)-1;xk=fft(xn,128);%计算xn的128点dft%以下为周期信号的绘图k=0:127;wk=2*k/128;%产生128点dft对应的采样点频率（关于\pi归一化值）subplot(3,1,1);stem(n,xn,'.');xlabel('n');ylabel('xn');title('周期信号');gridsubplot(3,1,2);stem(wk,abs(xk),'.');%绘制128点dft的幅频特性图title('128点dft的幅频特性图');xlabel('\omega/\pi');ylabel('幅度');subplot(3,1,3);stem(wk,angle(xk),'.');%绘制128点dft的相频特性图title('128点dft的相频特性图');xlabel('\omega/\pi');ylabel('相位');01020304050607000.51nxn周期信号00.20.40.60.811.21.41.61.8202040128点dft的幅频特性图/幅度00.20.40.60.811.21.41.61.82-505128点dft的相频特性图/相位课程课程设计报告8%生成高斯随机信号clcn3=40;%设置序列长度为40xn3=randn(1,n3);%产生均值为0方差为1的高斯随机序列xk364=fft(xn3,128);%计算xn3的128点dft%以下为高斯随机信号的绘图k=0:127;wk=2*k/128;%产生128点dft对应的采样点频率（关于\pi归一化值）subplot(3,1,1);stem(xn3,'.');xlabel('n');ylabel('xn');title('高斯随机信号');gridsubplot(3,1,2);stem(wk,abs(xk364),'.');%绘制128点dft的幅频特性图title('128点dft的幅频特性图');xlabel('\omega/\pi');ylabel('幅度');subplot(3,1,3);stem(wk,angle(xk364),'.');%绘制128点dft的相频特性图title('128点dft的相频特性图');xlabel('\omega/\pi');ylabel('相位');0510152025303540-505nxn高斯随机信号00.20.40.60.811.21.41.61.8201020128点dft的幅频特性图/幅度00.20.40.60.811.21.41.61.82-505128点dft的相频特性图/相位2.2时域混叠的分析课程课程设计报告9以周期信号为例，一个周期信号长度为7，截取10个周期。对其进行128点DFT，如图所示（a）、（b），然后抽取其中的64点进行IDFT还原，如图（d）。因为采样点数N小于序列长度M，故无