《数字信号处理》实验

《数字信号处理》实验报告（一）学号：______20124023132姓名：_________余班级：_________B12231日期：__2014年10月24日电子与控制工程学院《数字信号处理》实验报告（一）-1-实验一系统响应及系统稳定性1.实验目的（1）掌握求系统响应的方法。（2）掌握时域离散系统的时域特性。（3）分析、观察及检验系统的稳定性。2．学习和掌握的知识点在时域中，描写系统特性的方法是差分方程和单位脉冲响应，在频域可以用系统函数描述系统特性。实际中检查系统是否稳定，可行的方法是在系统的输入端加入单位阶跃序列，如果系统的输出趋近一个常数（包括零），就可以断定系统是稳定的。掌握在MATLAB中采用工具箱函数filter函数求差分方程的解。工具箱函数conv函数计算输入信号和系统的单位脉冲响应的线性卷积，求出系统的响应。MATLAB中常用信号产生，绘图语句的使用。3．实验内容（1）编制程序，包括产生输入信号、单位脉冲响应序列的子程序，用filter函数或conv函数求解系统输出响应的主程序。程序中要有绘制信号波形的功能。（2）给定一个低通滤波器的差分方程为)1(9.0)1(05.0)(05.0)(nynxnxny输入信号)()(81nRnx)()(2nunxa)分别求出系统对)()(81nRnx和)()(2nunx的响应序列，并画出其波形。b)求出系统的单位冲响应，画出其波形。（3）给定系统的单位脉冲响应为)()(101nRnh)3()2(5.2)1(5.2)()(2nnnnnh用线性卷积法分别求系统h1(n)和h2(n)对)()(81nRnx的输出响应，并画出波形。（4）给定一谐振器的差分方程为)2()()2(9801.0)1(8237.1)(00nxbnxbnynyny令49.100/10b，谐振器的谐振频率为0.4rad。a)用实验方法检查系统是否稳定。输入信号为)(nu时，画出系统输出波形。b)给定输入信号为)4.0sin()014.0sin()(nnnx求出系统的输出响应，并画出其波形。《数字信号处理》实验报告（一）-2-4．思考题(1)如果输入信号为无限长序列，系统的单位脉冲响应是有限长序列，可否用线性卷积法求系统的响应?如何求？（2）如果信号经过低通滤波器，把信号的高频分量滤掉，时域信号会有何变化，用前面第一个实验结果进行分析说明。5．实验报告：请按照要求完成下面报告内容并提交源程序、实验结果。（1）简单描述本实验的原理：在时域中，描写系统特性的方法是差分方程和单位脉冲响应。已知输入信号,可以由差分方程、单位脉冲响应或系统函数求出系统对于该输入信号的响应，本实验仅在时域求解。在计算机上适合用递推法求差分方程的解，最简单的方法是采用MATLAB语言的工具箱函数filter函数。也可以用MATLAB语言的工具箱函数conv函数计算输入信号和系统的单位脉冲响应的线性卷积，求出系统的响应。系统的稳定性是指对任意有界的输入信号，系统都能得到有界的系统响应。或者系统的单位脉冲响应满足绝对可和的条件。系统的稳定性由其差分方程的系数决定。实际中检查系统是否稳定，不可能检查系统对所有有界的输入信号，输出是否都是有界输出，或者检查系统的单位脉冲响应满足绝对可和的条件。可行的方法是在系统的输入端加入单位阶跃序列，如果系统的输出趋近一个常数（包括零），就可以断定系统是稳定的。系统的稳态输出是指当n→∞时，系统的输出。如果系统稳定，信号加入系统后，系统输出的开始一段称为暂态效应，随n的加大，幅度趋于稳定，达到稳态输出。注意在以下实验中均假设系统的初始状态为零。（2）请给出本实验的核心源码（Matlab）：（1）编制程序，包括产生输入信号、单位脉冲响应序列的子程序，用filter函数或conv函数求解系统输出响应的主程序。程序中要有绘制信号波形的功能。解：程序代码：xn=[ones(1,32)];hn=[0.20.20.20.20.2];yn=conv(hn,xn);n=0:length(yn)-1;subplot(2,2,1);stem(n,yn,'.')title('(a)y(n)波形');xlabel('n');ylabel('y(n)')输出波形：《数字信号处理》实验报告（一）-3-0510152025303500.10.20.30.40.50.60.70.80.91(a)y(n)波形ny(n)(2)给定一个低通滤波器的差分方程为)1(9.0)1(05.0)(05.0)(nynxnxny输入信号)()(81nRnx)()(2nunx①分别求出系统对)()(81nRnx和)()(2nunx的响应序列，并画出其波形。②求出系统的单位冲响应，画出其波形。解：程序代码：a=[1,-0.9];b=[0.05,0.05];%系统差分方程系数向量B和Ax1n=[ones(1,8),zeros(1,50)];%产生信号x1(n)=R8(n)x2n=[ones(1,128)];%产生信号x2(n)=u(n)y1n=filter(b,a,x1n);%求系统对x1(n)的响应y1(n)subplot(2,2,1);stem(y1n,'.');%对图像进行排列title('(a)系统对R8(n)的响应y1(n)');boxony2n=filter(b,a,x2n);%求系统对x2(n)的响应y2(n)subplot(2,2,2);stem(y2n,'.');title('(b)系统对u(n)的响应y2(n)');boxonhn=impz(b,a,64);%求系统单位脉冲响应h(n)subplot(2,2,3);stem(hn,'.');title('(c)系统单位脉冲响应h(n)');boxon《数字信号处理》实验报告（一）-4-（3）给定系统的单位脉冲响应为)()(101nRnh)3()2(5.2)1(5.2)()(2nnnnnh用线性卷积法分别求系统h1(n)和h2(n)对)()(81nRnx的输出响应，并画出波形。解：程序代码：x1n=[11111111];%产生信号x1(n)=R8(n)h1n=[ones(1,10)zeros(1,10)];h2n=[12.52.51zeros(1,10)];y21n=conv(h1n,x1n);y22n=conv(h2n,x1n);figure(2);subplot(2,2,1);y='h1(n)';stem(h1n,'.');%调用函数tstem绘图title('(d)系统单位脉冲响应h1(n)');boxon;subplot(2,2,2);y='y21(n)';stem(y21n,'.');title('(e)h1(n)与R8(n)的卷积y21(n)');boxon;subplot(2,2,3);y='h2(n)';stem(h2n,'.');%调用函数tstem绘图title('(f)系统单位脉冲响应h2(n)');boxon;subplot(2,2,4);y='y22(n)';stem(y22n,'.');title('(g)h2(n)与R8(n)的卷积y22(n)');boxon;《数字信号处理》实验报告（一）-5-(4)给定一谐振器的差分方程为y(n)=1.8237y(n-1)-0.9801y(n-2)+b0x(n)-b0x(n-2)令b0=1/100.49，谐振器的谐振频率为0.4rad。①实验方法检查系统是否稳定。输入信号为u(n)时，画出系统输出波形y31(n)。②给定输入信号为x(n)=sin(0.014n)+sin(0.4n)，求出系统的输出响应y32(n)，并画出其波形。解：un=ones(1,256);%产生信号u(n)n=0:255;xsin=sin(0.014*n)+sin(0.4*n);%产生正弦信号A=[1,-1.8237,0.9801];B=[1/100.49,0,-1/100.49];%系统差分方程系数向量B和Ay31n=filter(B,A,un);%谐振器对u(n)的响应y31(n)y32n=filter(B,A,xsin);%谐振器对u(n)的响应y31(n)figure(3);subplot(2,1,1);y='y31(n)';stem(y31n,'.');title('(h)谐振器对u(n)的响应y31(n)');boxon;subplot(2,1,2);y='y32(n)';stem(y32n,'.');title('(i)谐振器对正弦信号的响应y32(n)');boxon;《数字信号处理》实验报告（一）-6-（3）实验结果分析（要求附上结果图）：答：结果图对应在程序下方，每个图都直观地反映了我们想要求得的单位脉冲响应以及给定信号作用后的输出响应，都符合预期结果。（4）思考题部分：(1)如果输入信号为无限长序列,系统的单位脉冲响应是有限长序列，可否用线性卷积法求系统的响应?如何求？答：可以。把输入信号进行分段，分别进行卷积，最后将各段卷积结果相加即可。(2)如果信号经过低通滤波器，把信号的高频分量滤掉，时域信号会有何变化?用前面第一个实验结果进行分析说明。答：时域信号的剧烈变化将被平滑，由实验内容（1）的内容可见，经过系统的低通滤波使输入信号和输出的阶跃变化变得缓慢上升与下降。（5）实验体会：答：通过本次实验，我对MATLAB这个软件有了初步的认识，这个软件将是我们以后学习有力的工具，我也会认真的学习使用这款比较先进的工具。为我的学习增加趣味性。在使用过程中，遇到了报错，经过老师的讲解，对一些简单的函数使用有了一定的印象，以后自我学习过程中，一定会遇到更多问题，不过我想可以很好的通过慢慢学习来解决。好好学习，让中国也开发出这么好的工具.