信號(hào)與系統(tǒng)研究性學(xué)習(xí)手冊(cè)forprojects

1、信號(hào)與系統(tǒng)課程研究性學(xué)習(xí)手冊(cè)姓名 學(xué)號(hào) 同組成員 指導(dǎo)教師 時(shí)間 1. 信號(hào)的時(shí)域分析專題研討【目的】(1) 掌握基本信號(hào)及其特性，了解實(shí)際信號(hào)的建模。(2) 掌握基本信號(hào)的運(yùn)算，加深對(duì)信號(hào)時(shí)域分析基本原理和方法的理解，并建立時(shí)頻之間的感性認(rèn)識(shí)。(3) 學(xué)會(huì)仿真軟件MATLAB的初步使用方法，掌握利用MATLAB進(jìn)行信號(hào)表示和信號(hào)運(yùn)算?！狙杏憙?nèi)容】題目1：基本信號(hào)的產(chǎn)生，語(yǔ)音的讀取與播放1） 生成一個(gè)正弦信號(hào)，改變正弦信號(hào)的角頻率和初始相位，觀察波形變化，并聽(tīng)其聲音的變化。2） 生成一個(gè)幅度為1、基頻為2Hz、占空比為50%的周期方波。3） 觀察一定時(shí)期內(nèi)的股票上證指數(shù)變化，生成模擬其變化的指

2、數(shù)信號(hào)。4） 分別錄制一段男聲、女聲信號(hào)，進(jìn)行音頻信號(hào)的讀取與播放，畫(huà)出其時(shí)域波形?！緶剀疤崾尽?1)利用MATLAB函數(shù) wavread(file)讀取.wav格式文件。(2)利用MATLAB函數(shù) sound(x, fs)播放正弦信號(hào)和聲音信號(hào)?！绢}目分析】【仿真程序】【仿真結(jié)果】【結(jié)果分析】提示：應(yīng)從以下幾方面對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析：(1) 隨著正弦信號(hào)角頻率的變化，其波形有什么變化，聽(tīng)到的聲音又有變化？它們之間有什么關(guān)系？(2) 男聲和女聲信號(hào)的時(shí)域波形有什么區(qū)別？【自主學(xué)習(xí)內(nèi)容】【閱讀文獻(xiàn)】【發(fā)現(xiàn)問(wèn)題】 (專題研討或相關(guān)知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題)：根據(jù)聲音信號(hào)的什么特征能有效區(qū)分出男聲和女聲？【

3、問(wèn)題探究】 【研討內(nèi)容】題目2：信號(hào)的基本運(yùn)算（語(yǔ)音信號(hào)的翻轉(zhuǎn)、展縮）1） 將原始音頻信號(hào)在時(shí)域上進(jìn)行延展、壓縮，2） 將原始音頻信號(hào)在時(shí)域上進(jìn)行幅度放大與縮小，3） 將原始音頻信號(hào)在時(shí)域上進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，【題目分析】【仿真程序】【仿真結(jié)果】【結(jié)果分析】【自主學(xué)習(xí)內(nèi)容】【閱讀文獻(xiàn)】【發(fā)現(xiàn)問(wèn)題】 (專題研討或相關(guān)知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題)：【問(wèn)題探究】 2.系統(tǒng)的時(shí)域分析專題研討【目的】(1) 掌握系統(tǒng)響應(yīng)的時(shí)域求解，加深對(duì)系統(tǒng)時(shí)域分析基本原理和方法的理解。(2) 掌握連續(xù)系統(tǒng)零狀態(tài)響應(yīng)（卷積積分）數(shù)值計(jì)算的方法。(3) 學(xué)會(huì)仿真軟件MATLAB的初步使用方法，掌握利用MATLAB求解連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)

4、的零狀態(tài)響應(yīng)。(4) 培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力?！狙杏憙?nèi)容】題目1：系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)域求解1） 求一個(gè)RLC電路的零輸入響應(yīng)和零狀態(tài)響應(yīng)，2） 將原始音頻信號(hào)中混入噪聲，然后用M點(diǎn)滑動(dòng)平均系統(tǒng)對(duì)受噪聲干擾的信號(hào)去噪，改變M點(diǎn)數(shù)，比較不同點(diǎn)數(shù)下的去噪效果，【題目分析】【仿真程序】【仿真結(jié)果】【結(jié)果分析】【自主學(xué)習(xí)內(nèi)容】【閱讀文獻(xiàn)】【發(fā)現(xiàn)問(wèn)題】 (專題研討或相關(guān)知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題)：【問(wèn)題探究】 【研討內(nèi)容】題目2：連續(xù)信號(hào)卷積的近似計(jì)算兩個(gè)連續(xù)信號(hào)的卷積定義為為了進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，需對(duì)連續(xù)信號(hào)進(jìn)行抽樣。記xk=x(kD), hk=h(kD), D為進(jìn)行數(shù)值計(jì)算的抽樣間隔。則連續(xù)信號(hào)卷

5、積可近似的寫(xiě)為(1)這就可以利用conv函數(shù)可近似計(jì)算連續(xù)信號(hào)的卷積。設(shè)x(t)=u(t)-u(t-1)，h(t)=x(t)*x(t)，(a)為了與近似計(jì)算的結(jié)果作比較，用解析法求出y(t)=x(t)*h(t)；(b)用不同的D計(jì)算出卷積的數(shù)值近似值，并和(a)中的結(jié)果作比較；(c)證明(1)式成立；(d)若x(t)和h(t)不是時(shí)限信號(hào)，則用上面的方法進(jìn)行近似計(jì)算會(huì)遇到什么問(wèn)題？給出一種解決問(wèn)題的方案；(e) 若將x(t)和h(t)近似表示為推導(dǎo)近似計(jì)算卷積的算法。取相同的抽樣間隔，比較兩種方法的計(jì)算卷積誤差?！绢}目分析】【仿真程序】【仿真結(jié)果】【結(jié)果分析】【自主學(xué)習(xí)內(nèi)容】【閱讀文獻(xiàn)】【發(fā)現(xiàn)

6、問(wèn)題】 (專題研討或相關(guān)知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題)：【問(wèn)題探究】3.信號(hào)的頻域分析專題研討【目的】(1) 建立工程應(yīng)用中有效帶寬的概念，了解有限次諧波合成信號(hào)及吉伯斯現(xiàn)象。(2) 掌握帶限信號(hào)，帶通信號(hào)、未知信號(hào)等不同特性的連續(xù)時(shí)間信號(hào)的抽樣，以及抽樣過(guò)程中的參數(shù)選擇與確定。認(rèn)識(shí)混疊誤差，以及減小混疊誤差的措施。(3) 加深對(duì)信號(hào)頻域分析基本原理和方法的理解。(4) 鍛煉學(xué)生綜合利用所學(xué)理論和技術(shù)，分析與解決實(shí)際問(wèn)題的能力?！狙杏憙?nèi)容】基礎(chǔ)題題目1：吉伯斯現(xiàn)象(1)以定義信號(hào)的有效帶寬，試確定下圖所示信號(hào)的有效帶寬，取A=1，T=2。(2)畫(huà)出有效帶寬內(nèi)有限項(xiàng)諧波合成的近似波形，并對(duì)結(jié)果加以討論

7、和比較。(3)增加諧波的項(xiàng)數(shù)，觀察其合成的近似波形，并對(duì)結(jié)果加以討論和比較。(a) 周期矩形信號(hào) (b) 周期三角波信號(hào)【知識(shí)點(diǎn)】連續(xù)周期信號(hào)的頻域分析，有效帶寬，吉伯斯現(xiàn)象【信號(hào)頻譜及有效帶寬計(jì)算】【仿真程序】【仿真結(jié)果】【結(jié)果分析】提示：應(yīng)從以下幾方面對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析：(1) 圖(a) 和圖(b)信號(hào)有效帶寬內(nèi)有限項(xiàng)諧波合成波形與原波形的近似度比較。(2) 分析圖(a) 和圖(b)信號(hào)的時(shí)域特性與有效帶寬內(nèi)諧波次數(shù)的關(guān)系。(3) 諧波次數(shù)增加，圖(a) 和圖(b)信號(hào)合成波形分別有什么變化，從中能得出什么結(jié)論？【自主學(xué)習(xí)內(nèi)容】【閱讀文獻(xiàn)】【發(fā)現(xiàn)問(wèn)題】【問(wèn)題探究】 【研討內(nèi)容】中等題題目2：分

8、析音階的頻譜(1) 錄制你所喜歡樂(lè)器（如鋼琴、小提琴等）演奏的音階，并存為wav格式(可以從網(wǎng)上下載)。(2) 畫(huà)出各音階的時(shí)域波形，并進(jìn)行比較。(3) 對(duì)所采集的音階信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，比較各音階的頻譜?！局R(shí)點(diǎn)】連續(xù)時(shí)間信號(hào)的頻域分析【溫馨提示】利用MATLAB提供的函數(shù)fft計(jì)算頻譜?！绢}目分析】【仿真程序】【仿真結(jié)果】【結(jié)果分析】提示：應(yīng)從以下幾方面對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析：(1) 你所選擇樂(lè)器演奏的音階，其時(shí)域波形的包絡(luò)有何特點(diǎn)？(2) 你所選擇樂(lè)器演奏的音階，其頻譜有何特點(diǎn)？基波是多少？諧波是多少？【自主學(xué)習(xí)內(nèi)容】【閱讀文獻(xiàn)】【發(fā)現(xiàn)問(wèn)題】(1) 改變音階的包絡(luò)，相應(yīng)音階聽(tīng)起來(lái)會(huì)有什么變化？(2

9、) 音階頻譜中的諧波分量有什么作用？(3) 你所分析的樂(lè)器各音階對(duì)應(yīng)的頻率是多少，之間存在什么關(guān)系？【問(wèn)題探究】【研討內(nèi)容】拓展題題目3：連續(xù)時(shí)間信號(hào)的抽樣(1) 對(duì)帶限信號(hào)（如,等），確定合適的抽樣間隔T，分析的頻譜和抽樣所得到離散信號(hào)的頻譜X(ejW)，并將兩者進(jìn)行比較。 (2) 將正弦信號(hào)按抽樣頻率fs=8kHz進(jìn)行1 秒鐘抽樣，得離散正弦序列xk為比較f0=2kHz, 2.2 kHz, 2.4 kHz, 2.6 kHz和 f0=7.2 kHz, 7.4 kHz, 7.6 kHz, 7.8 kHz 兩組信號(hào)抽樣所得離散序列的聲音，解釋所出現(xiàn)的現(xiàn)象。(3) 對(duì)于許多具有帶通特性的信號(hào)，舉例

10、驗(yàn)證可否不需要滿足?【知識(shí)點(diǎn)】連續(xù)非周期信號(hào)的頻譜，離散非周期信號(hào)的頻譜，時(shí)域抽樣，頻域抽樣【溫馨提示】 (1) 利用MATLAB提供的函數(shù)fft計(jì)算抽樣所得序列xk的頻譜。(2) 利用MATLAB函數(shù) sound(x, fs)播放正弦信號(hào)和聲音信號(hào)。(3) 可以利用儀器或仿真軟件產(chǎn)生具有帶通特性的信號(hào)?！绢}目分析】【仿真程序】【仿真結(jié)果】【結(jié)果分析】【自主學(xué)習(xí)內(nèi)容】【閱讀文獻(xiàn)】【發(fā)現(xiàn)問(wèn)題】 若連續(xù)時(shí)間信號(hào)的最高頻率未知，該如何確定對(duì)信號(hào)進(jìn)行抽樣的最大間隔？ 【問(wèn)題探究】帶通信號(hào)抽樣頻率確定的理論分析?！狙杏憙?nèi)容】擴(kuò)展題題目4：男生女生聲音信號(hào)的轉(zhuǎn)換(1) 采集wav格式的男女生語(yǔ)音信號(hào)。(2

11、) 對(duì)所采集的男女生信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，比較男女生頻譜的特點(diǎn)。(3) 實(shí)現(xiàn)男生女生聲音信號(hào)的轉(zhuǎn)換?！局R(shí)點(diǎn)】連續(xù)非周期信號(hào)的頻譜，離散非周期信號(hào)的頻譜，時(shí)域抽樣，頻域抽樣【溫馨提示】可以根據(jù)傅里葉變換公式，利用數(shù)值積分計(jì)算；也可以利用MATLAB提供的函數(shù)fft計(jì)算?！灸猩曇粜盘?hào)轉(zhuǎn)換的方法】【仿真程序】【仿真結(jié)果】【結(jié)果分析】【自主學(xué)習(xí)內(nèi)容】【閱讀文獻(xiàn)】【發(fā)現(xiàn)問(wèn)題】函數(shù)fft計(jì)算出的離散頻譜Xm和原連續(xù)信號(hào)的頻譜X(jw)之間有何對(duì)應(yīng)關(guān)系？【問(wèn)題探究】4.系統(tǒng)的頻域分析專題研討【目的】(1) 加深對(duì)系統(tǒng)頻域分析基本原理和方法的理解。(2) 加深對(duì)信號(hào)幅度調(diào)制與解調(diào)基本原理和方法的理解。(3

12、) 鍛煉學(xué)生綜合利用所學(xué)理論和技術(shù)，分析與解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力?！狙杏憙?nèi)容】題目1幅度調(diào)制和連續(xù)信號(hào)的Fourier變換本題研究莫爾斯碼的幅度調(diào)制與解調(diào)。本題中信號(hào)的形式為其中信號(hào)x(t)由文件ctftmod.mat定義（此文件在互聯(lián)網(wǎng)上是公共資源），可用命令Load ctftmod 將文件ctftmod.mat定義的變量裝入系統(tǒng)內(nèi)存。運(yùn)行命令Load ctftmod后，裝入系統(tǒng)的變量有af bf dash dot f1 f2 t x其中bf af： 定義了一個(gè)連續(xù)系統(tǒng)H(s)的分子多項(xiàng)式和分母多項(xiàng)式?？衫胒reqs(bf,af,w)求出該系統(tǒng)的頻率響應(yīng)，也可用sys=tf(bf,af)得

13、到系統(tǒng)的模型，從而用lsim求出信號(hào)通過(guò)該系統(tǒng)的響應(yīng)。dash dot： 給出了莫爾斯碼中的基本信號(hào)dash和dot的波形f1 f2： 載波頻率t: 信號(hào)x(t)的抽樣點(diǎn)x: 信號(hào)x(t)的在抽樣點(diǎn)上的值信號(hào)x(t)含有一段簡(jiǎn)單的消息。Agend 007的最后一句話是The future of technology lies in ···還未說(shuō)出最后一個(gè)字，Agend 007就昏倒了。你(Agend 008)目前的任務(wù)就是要破解Agend 007的最后一個(gè)字。該字的信息包含在信號(hào)x(t)中。信號(hào)x(t)具有式0的形式。式中的調(diào)制頻率分別由變量f1和f2給出，信號(hào)m

14、1(t)，m2(t)和m3(t)對(duì)應(yīng)于字母表中的單個(gè)字母，這個(gè)字母表已用國(guó)際莫爾斯碼進(jìn)行編碼，如下表所示：A ·- H ···O - - -V ···-B -··· I ··P ·-·W ·-C -·-·J ·- - -Q - -·-X -··-D -··K -·-R ·-·Y -·-E ·L ·-·

15、;·S ···Z -··F ··-·M - -T -G - -·N -·U ··-(1) 字母B可用莫爾斯碼表示為b=dash dot dot dot，畫(huà)出字母B莫爾斯碼波形；(2) 用freqs(bf,af,w)畫(huà)出系統(tǒng)的幅度響應(yīng)；(3) 利用lsim求出信號(hào)dash通過(guò)由sys=tf(bf,af)定義的系統(tǒng)響應(yīng)，解釋你所獲得的結(jié)果；(4)用解析法推導(dǎo)出下列信號(hào)的Fourier變換(5)利用(4)中的結(jié)果，設(shè)計(jì)一個(gè)從x(t)中提取信號(hào)m1(t)的方案，畫(huà)出m1(t

16、)的波形并確定其所代表的字母；(6)對(duì)信號(hào)m2(t)和m3(t)重復(fù)(5)。請(qǐng)問(wèn)Agent 008The future of technology lies in ···【題目分析】【仿真程序】【仿真結(jié)果】【結(jié)果分析】【自主學(xué)習(xí)內(nèi)容】【閱讀文獻(xiàn)】【發(fā)現(xiàn)問(wèn)題】 (專題研討或相關(guān)知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題)：【問(wèn)題探究】 5.系統(tǒng)的復(fù)頻域分析專題研討【目的】(1) 掌握系統(tǒng)函數(shù)H(s)、 H(z )與系統(tǒng)特性的關(guān)系，加深對(duì)系統(tǒng)函數(shù)H(s)和 H(z )的理解。(2) 掌握穩(wěn)定系統(tǒng)、反饋系統(tǒng)的特性和在實(shí)際中的應(yīng)用。(3) 鍛煉學(xué)生綜合利用所學(xué)理論和技術(shù)，分析與解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力?！狙杏憙?nèi)容】題目1連續(xù)系統(tǒng)函數(shù)零極點(diǎn)與系統(tǒng)特性研究(1)討論系統(tǒng)的零極點(diǎn)分布與單位沖激響應(yīng)h(t)的關(guān)系，并判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性。(2)只改變零點(diǎn)或改變極點(diǎn)，觀察系統(tǒng)單位沖激響應(yīng)h(t)的波形圖，得出你的結(jié)論。【題目分析】【仿真程序】【仿真結(jié)果】【結(jié)果分析】【自主學(xué)習(xí)內(nèi)容】【閱讀文獻(xiàn)】【發(fā)現(xiàn)問(wèn)題】 (專題研討或相關(guān)知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題)：【問(wèn)題探究】【研討內(nèi)容】題目2離散系統(tǒng)函數(shù)零極點(diǎn)與系統(tǒng)特性研究(1)討論系統(tǒng)的零極點(diǎn)分布與單位脈沖響應(yīng)hk的關(guān)系，并判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性。(2)只改變零點(diǎn)或改變極點(diǎn)，觀察系統(tǒng)單位脈沖響應(yīng)hk的波形圖，得出你的結(jié)論?！?/p>