实验一-信号的基本操作与处理(附思考题程序)

实验1MATLAB介绍及其基础操作1.实验目的：（1）熟悉MATLAB软件应用环境，学习常用窗口的功能和使用方法。（2）掌握基本的MATLAB函数操作及其使用。（3）掌握简单的计算及其绘图操作。2.实验原理（1）MATLAB简介MATLAB是美国MathWorks公司开发的高性能的科学与工程计算软件。它在数值计算、自动控制、信号处理、神经网络、优化计算、小波分析、图像处理等领域有着广泛的用途。近年来，MATLAB在国内高等院校、科研院所的应用逐渐普及，成为广大科研、工程技术人员必备的工具之一。MATLAB具有矩阵和数组运算方便、编程效率极高、易学易用、可扩充性强和移植性好等优点，俗称为“草稿纸式的科学计算语言”。它把工程技术人员从烦琐的程序代码中解放出来，可以快速地验证自己的模型和算法。MATLAB作为一种面向科学与工程计算的高级语言，它是一套功能强大的工程计算及数据处理软件，广泛应用于工通讯、信号处理、生物医学、控制等众多领域。它是一种面向对象的，交互式程序设计语言，其结构完整又优良的可移植性。MATLAB的主要特点就是其强大的矩阵计算能力及仿真能力。学习软件的基本操作及其编程方法，体会和逐步掌握它在矩阵运算、信号处理等方面的功能及其具体应用。另外，MATLAB提供了方便的绘图功能，便于用户直观地输出处理结果。通过本课程实验的学习，要求学生运用MATLAB编程完成一些数字信号处理的基本功能，加深对信号处理理论课程内容的理解。循序渐进地培养学生运用所学知识分析和解决问题的能力。（2）MATLAB软件的安装与启动安装MATLAB软件成功之后，并启动，就可以直接进行相关的操作了。3.实验内容及其步骤理解MATLAB的基本原理，学习并掌握基本的运算与操作。了解和掌握基本的数据表示与计算，掌握常用的绘图命令，熟悉学习M文件的编写与调试，为信号的处理等做好准备。常用线性代数函数B=A’矩阵转置A=[12;34]矩阵赋值C=A+B矩阵相加A(n)查看矩阵A的第n个元素C=A*B矩阵相乘A查看矩阵A的内容C=A^k矩阵幂conv(p1,p2)两个多项式相乘C=A.*B矩阵点乘，即两维数相同的矩阵各对应元素相乘[X,D]=eig(A)矩阵的特征向量X和以特征值为元素的对角阵Dexpm(A)指数矩阵，也就是eAC=A(1,:)C的内容为矩阵A的第一行int(A)矩阵的逆矩阵C=A(:,1)C的内容为矩阵A的第一列det(A)矩阵的行列式的值C=A(:,n)C的内容为矩阵A的第n列rank(A)计算矩阵的秩p=ploy(A)矩阵的特征多项式eig(A)矩阵的特征值r=roots(p)特征多项式方程的根（1）基本的数据表示与常见的基本运算输入简单的矩阵：1234A轾犏=犏臌　　　　　，1324B轾犏=犏臌　　　　　，并计算A*B，A.*B，A.^B，比较各自结果有何不同。参考：A=[1,2;3,4];B=[1,3;2,4];A*B;A.*B;A.^B。计算下列表达式的结果：a=3[123584(63)]2复+-??参考：a=[(12/3)*5+8-4*(6-3)]/2.^3复数运算及其表示：已知112zi=+，234zi=+，635izep=，利用MATLAB计算123zzzz=。参考：z1=1+2iz2=3+3iz3=5*exp(i*pi/6)z=z1*z2/z3（2）基本的绘图操作常用的绘图函数有：针状图（‘stem’函数）函数绘图；常采用的‘plot’绘图函数，其函数功能比较强大；函数图形的注释（常用‘subplot’函数来实现），等等。绘图函数简介：Matlab的简单应用与运算已有一定的基础，现介绍Matlab下的二维绘制，具体的函数名以及功能简介如下。函数名称函数功能简介函数名称函数功能简介bar长条图errorbar图形加上误差范围fplot较精确的函数图形Polar极坐标图Hist累计图Rose极坐标累计图Stairs阶梯图Stem针状图Fill实心图Feather羽毛图Compass罗盘图Quiver向量场图Contour在x-y平面绘制等位线图Gplot绘拓扑图Loglog双对数坐标曲线Pcolor伪彩图Semilogxx轴对数坐标曲线Semilogyy轴对数坐标曲线绘制正弦函数的图形，可以通过以下参考代码来实现：绘制简单的针状图：x=-pi:.1:pi;y=sin(x);stem(y)绘制曲线图：plot(x,y);plot(x,sin(x),x,cos(x));图形的注释：x=-pi:.1:2*pi:axis([0,6,-1.2,1.2]);xlabel(‘Inputsingal’);ylabel(‘Outsignal’);title(‘Twotrigonometricfunctions’);legend(‘y=sin(x)’,’y=cos(x)’);gridon;绘制视窗小图：利用该命令同时画出多个小图形在同一个视窗之中，：subplot(2,2,1);plot(x,sin(x));subplot(2,2,2);plot(x,cos(x));subplot(2,2,3);plot(x,sinh(x));subplot(2,2,4);plot(x,cosh(x));（3）M文件及M文本编辑器一般，MATLAB在命令窗口编写命令进行操作。另外MATLAB程序代码所编写的文件常以“.m”为扩展名，即称之为M文件。它可以在MATLAB的菜单中打开，也可以直接在MATLAB界面图标直接进行M文件的编辑，创立自己的M文档。Matlab中自定义函数在matlab中一个函数需要定义一个M文件，文件名与函数名称一致。例如：定义一个函数完成两个矩阵的加法与乘法运算，函数名称为“matplus”,则对应编写一个名称为“matplus.m”的M文件。function[C,D]=matplus(A,B)%计算矩阵加法与乘法C=A+B;D=A*B;在“CommandWindow”中输入如下命令：A=[1,2,3;4,5,6;7,8,9];[C,D]=matplus(A,A’)4.实验用MATLAB函数介绍其中在实验过程中常用到的MATLAB指令（函数名）有：plot,figure,stem,subplot,axis,gridon,xlabel,ylabel,title,clc,exp,real,imag,abs,angle,who,whos,help,命令等，具体调用格式参看“help”或者查阅相关书籍。另外，在具体的实验过程中也可以根据实际需要自己定义函数。5.思考题（1）MATLAB在处理数据运算过程中与其他高级语言有何不同。MATLAB是一种面向对象的，交互式程序设计语言，其结构完整又优良的可移植性。主要特点就是其强大的矩阵计算能力及仿真能力，另外MATLAB提供了方便的绘图功能，便于用户直观地输出处理结果。（2）熟悉MATLAB的常用数学运算符号，比较几种乘法的运算符号有何不同。（3）绘制振荡曲线4sin3tyet-=及其包络线40tye-=的图形，其中t的取值范围是[0,5]p，并进行相应的标注。t=0:0.1:5*pi;y=exp(-t/4).*sin(3*t);x=exp(-t/4);plot(t,x,t,y);title('Twotrigonometricfunctions');legend('x=exp(-t/4)','y=exp(-t/4).*sin(3*t)');gridon;（4）已知12345678iiAii--=--轾犏犏臌　　　　　，12563478iiBii++=++轾犏犏臌　　　　　，计算C=A*B，以及其实部，虚部，模和相角。（real,imag,abs,angle）A=[1-2i,3-4i;5-6i,7-8i];B=[1+2i,5+6i;3+4i,7+8i];C=A*BC=1.0e+002*0.30000.7000-0.0800i0.7000+0.0800i1.7400real(C)ans=307070174imag(C)ans=0-880abs(C)ans=30.000070.455770.4557174.0000angle(C)ans=0-0.11380.113806.实验报告要求（1）明确实验目的及其意义。（2）总结实验过程中所得到的主要结论，并能进行简单的分析处理。（3）对思考题所列问题进行简要回答，试编写相应的程序，调试并绘制图形，得出最终结果，并对实验报告进行整理分析。