信號可視化及時域運算課程設計(常用連續(xù)信號及信號的時移、反褶、尺度變換)(1)

1、成 績 評 定 表學生姓名田惠勤班級學號1103060301專 業(yè)通信工程課程設計題目信號可視化及時域運算評語組長簽字：成績?nèi)掌?20 年 月 日課程設計任務書學 院信息科學與工程專 業(yè)通信工程學生姓名田惠勤班級學號1103060301課程設計題目信號可視化及時域運算常用連續(xù)信號及信號的時移、反褶、尺度變換內(nèi)容及要求:1、學習Matlab軟件知識及應用2、學習并研究信號可視化及時域運算3、利用Matlab編程，完成常用連續(xù)信號及信號的時移、反褶、尺度 變換4、寫出課程設計報告,打印程序，給出運行結果進度安排:第一-二天：1、布置課程設計任務、要求 2、學習Matlab軟件知識及應用第三-五天：

2、1、利用Matlab編程，完成相應的信號分析與處理課題 2、上機編程、調(diào)試 3、撰寫課程設計報告書 4、答辯，上交報告指導教師： 201 年 月 日專業(yè)負責人：201 年 月 日學院教學副院長：201 年 月 日目錄一、引言1二、Matlab入門22.1 Matlab7.0介紹22.2利用Matlab7.0編程完成習題設計3三、Matlab7.0實現(xiàn)連續(xù)時間信號時移、反褶、尺度變換的設計43.1常用連續(xù)時間信號的類別及原理43.2編程設計及實現(xiàn)43.3運行結果及其分析6四、結論17五、參考文獻18 一、 引言近年來，計算機多媒體教序手段的運用逐步普及，大量優(yōu)秀的科學計算和系統(tǒng)仿真軟件不斷涌現(xiàn)，

3、為我們實現(xiàn)計算機輔助教學和學生上機實驗提供了很好的平臺。通過對這些軟件的分析和對比，我們選擇MATLAB語言作為輔助教學工具，借助MATLAB強大的計算能力和圖形表現(xiàn)能力，將信號與系統(tǒng)中的概念、方法和相應的結果，以圖形的形式直觀地展現(xiàn)給我們，大大的方便我們迅速掌握和理解老師上課教的有關信號與系統(tǒng)的知識。MATLAB是當前最優(yōu)秀的科學計算軟件之一，也是許多科學領域中分析、應用和開發(fā)的基本工具。MATLAB全稱是Matrix Laboratory,是由美國Mathworks公司于20世紀80年代推出的數(shù)學軟件，最初她是一種專門用于矩陣運算的軟件，經(jīng)過多年的發(fā)展，MATLAB已經(jīng)發(fā)展成為一種功能全面

4、的軟件，幾乎可以解決科學計算中的所有問題。而且MATLAB編寫簡單、代碼效率高等優(yōu)點使得MATLAB在通信、信號處理、金融計算等領域都已經(jīng)被廣泛應用。它具有強大的矩陣計算能力和良好的圖形可視化功能，為用戶提供了非常直觀和簡潔的程序開發(fā)環(huán)境，因此被稱為第四代計算機語言。MATLAB 強大的圖形處理功能及符號運算功能，為我們實現(xiàn)信號的可視化及系統(tǒng)分析提供了強有力的工具。MATLAB 強大的工具箱函數(shù)可以分析連續(xù)信號、連續(xù)系統(tǒng)，同樣也可以分析離散信號、離散系統(tǒng)，并可以對信號進行各種分析域計算，如相加、相乘、移位、反折、傅里葉變換、拉氏變換、Z 變換等等多種計算。人們之間的交流是通過消息的傳播來實現(xiàn)的

5、，信號則是消息的表現(xiàn)形式，消息是信號的具體內(nèi)容。信號與系統(tǒng)課程是一門實用性較強、涉及面較廣的專業(yè)基礎課，該課程是將學生從電路分析的知識領域引入信號處理與傳輸領域的關鍵性課程,對后續(xù)專業(yè)課起著承上啟下的作用. 該課的基本方法和理論大量應用于計算機信息處理的各個領域,特別是通信、數(shù)字語音處理、數(shù)字圖像處理、數(shù)字信號分析等領域,應用更為廣泛。作為信號與系統(tǒng)的基本分析軟件之一，利用MATLAB進行信號與系統(tǒng)的分析與設計是通信以及信息工程學科的學生所要掌握的必要技能之一。通過學習并使用MATLAB語言進行編程實現(xiàn)課題的要求，對學生能力的培養(yǎng)極為重要。尤其會提高綜合運用所學理論知識進行分析問題、解決問題的

6、能力，也便于將理論知識與實踐相結合，并得以更好地掌握信號分析與處理的基本方法與實現(xiàn)。這也將為后續(xù)相關的課程學習打下一定的基礎,從而在以后相關課程設計與分析的時候達到對MATLAB的熟練應用與融會貫通。二、Matlab入門2.1 Matlab7.0介紹Matlab7.0是美國Mathworks公司出品的商業(yè)數(shù)學軟件，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計算的高級技術計算語言和交互式環(huán)境。它比Matlab的老版本提供了更多更強的新功能和更全面、更方便的聯(lián)機幫助信息。當然也比以前的版本對于軟件、硬件提出了更高的要求。 MATLAB7.0提供了豐富的庫函數(shù)（稱為M文件），既有常用的基本庫函數(shù)，又

7、有種類齊全、功能豐富多樣的的專用工具箱Toolbox函數(shù)。函數(shù)即是預先編制好的子程序。在編制程序時，這些庫函數(shù)都可以被直接調(diào)用。無疑，這會大大提高編程效率。MATLAB7.0的基本數(shù)據(jù)編程單元是不需要指定維數(shù)的復數(shù)矩陣，所以在MATLAB環(huán)境下，數(shù)組的操作都如數(shù)的操作一樣簡單方便。而且，MATLAB7.0界面友好，用戶使用方便。首先，MATLAB具有友好的用戶界面與易學易用的幫助系統(tǒng)。用戶在命令窗里通過help命令可以查詢某個函數(shù)的功能及用法，命令的格式極為簡單。其次，MATLAB程序設計語言把編輯、編譯、連接、執(zhí)行、調(diào)試等多個步驟融為一體，操作極為簡單。除此之外，MATLAB7.0還具有強大

8、的圖形功能，可以用來繪制多姿多彩的圖形，直觀而形象。在國內(nèi)外Matlab已經(jīng)經(jīng)受了多年的考驗。Matlab7.0功能強大，適用范圍很廣。其可以用來線性代數(shù)里的向量、數(shù)組、矩陣運算，復數(shù)運算，高次方程求根，插值與數(shù)值微商運算，數(shù)值積分運算，常微分方程的數(shù)值積分運算、數(shù)值逼近、最優(yōu)化方法等，即差不多所有科學研究與工程技術應用需要的各方面的計算，均可用Matlab來解決。綜上所述，在進行信號的分析與仿真時，MATLAB7.0無疑是一個強大而實用的工具。尤其對于信號的分析起到了直觀而形象的作用，非常適合與相關課題的研究與分析。2.2利用Matlab7.0編程完成習題設計在熟悉了MATLAB7.0的基本

9、界面之后，可以通過簡單的編程與相關函數(shù)的調(diào)用，實現(xiàn)一些常用時間信號的可視化操作。例如：編程實現(xiàn)正弦波的仿真。程序如下，直接在命令窗口鍵入如下程序：t=0:0.001:2*pi; w0=2;phi=0; ft1=sin(w0*t+phi); plot(t,ft1)仿真圖形如下： 圖a三、Matlab7.0實現(xiàn)連續(xù)時間信號時移、反褶、尺度變換的設計3.1常用連續(xù)時間信號的類別及原理在信號與系統(tǒng)中，常用的連續(xù)時間信號有三角波信號、指數(shù)信號、正余弦信號、抽樣信號、單位階躍信號、沖擊信號等。這些信號的歸類都是按照函數(shù)取值的連續(xù)性與離散性劃分的。即如果在討論的的時間間隔內(nèi)，除若干不連續(xù)點之外，對于任意時間

10、值都可以給出確定的函數(shù)值，此信號就稱為連續(xù)信號。在連續(xù)時間信號的時域運算中，信號的時移、反褶以及尺度變換都是常見的運算。這些運算的方法都是直接對函數(shù)中的自變量t進行相應的變換，各變換的方法如下：（1）時移: tt±a, 當a大于等于0時，t左移a個單位; 當a小于0時，t右移a個單位。（2）反褶:t-t, 函數(shù)沿縱軸反轉(zhuǎn)180°。（3）尺度變換:ta*t,(a不等于0) t變?yōu)樵瓉淼?/a倍，a小于1時變寬,a大于1時變窄,等于1時保持不變。在編寫程序過程中，可以通過冒號運算符產(chǎn)生一個行向量定義自變量的取值范圍，通過相關語句定義坐標的縱軸與橫軸取值，通過調(diào)用plot或者ez

11、plot函數(shù)可以實現(xiàn)相關運算的圖形可視化及其仿真。3.2編程設計及實現(xiàn)1矩形波：t=-4:0.001:4;T=2;ft=rectpuls(t,T);plot(t,ft)axis(-4,4,-0.5,1.5)2三角波：t=-3:0.001:3;ft=tripuls(t,4,0.5);plot(t,ft)3階躍函數(shù)：syms t yy=heaviside(t);t=-4:0.01:4;ezplot(y,t);grid on4指數(shù)函數(shù)：t=0:001:10;A=1;a=0.4;ft=A*exp(a*t);plot(t,ft)5抽樣函數(shù)：syms t y f y=sinc(2*t);t=0:0.01:

12、pi;ezplot(y,t);grid on6正弦波：t=0:0.001:2*pi;w0=2;phi=0;ft1=sin(w0*t+phi);plot(t,ft1)7余弦波：t=0:0.001:2*pi;w0=2;phi=0;ft1=cos(w0*t+phi);plot(t,ft1)3.3運行結果及其分析對應以上七個相關程序以及其中兩個函數(shù)（含程序）相關運算的可視化及其仿真圖如下：1：矩形波信號 圖12：三角波信號 圖23：階躍函數(shù)信號 圖3 4：指數(shù)函數(shù)信號 圖45：抽樣信號 圖56：正弦波 圖67：余弦波 圖78.1：三角波時移 tt-1 圖8.1程序如下：t=-3:0.001:3;ft=

13、tripuls(t-1,4,0.5);plot(t,ft)8.2：三角波反褶 t-t 圖8.2程序如下：t=-3:0.001:3;ft=tripuls(-t,4,0.5);plot(t,ft)8.3：三角波尺度變換 t2t圖8.3程序如下：t=-3:0.001:3;ft=tripuls(2*t,4,0.5);plot(t,ft)9.1：矩形波時移 tt+1圖9.1程序如下：t=-4:0.001:4;T=2;ft=rectpuls(t+1,T);plot(t,ft)axis(-4,4,-0.5,1.5)9.2：矩形波反褶 t-t圖9.2程序如下：t=-4:0.001:4;T=2;ft=rectp

14、uls(-t,T);plot(t,ft)axis(-4,4,-0.5,1.5)9.3：矩形波尺度變換 t0.5*t圖9.3程序如下：t=-4:0.001:4;T=2;ft=rectpuls(0.5*t,T);plot(t,ft)axis(-4,4,-0.5,1.5)四、結論本次課程設計過程中，使我<<對信號與系統(tǒng)>>這門課有了更深入的了解，也學會了使用MATLAB軟件。通過查閱了相關資料，我了解了通過使用rectpuls可以產(chǎn)生以零為中心的方波，tripuls(t、w、s)制定三角波的寬度為w斜率為s(-1<s<1),由于是第一次做信號與系統(tǒng)的課程設計，對于

15、相關設計過程和分析方法以及MATLAB軟件的使用并不大熟練。 但功夫不負有心人，最終還算順利完成，這對我以后學習相關的課程以及進行更高層次的信號與系統(tǒng)設計都奠定了一定的基礎。設計過程中出現(xiàn)了一些問題，通過咨詢老師和同學都得到了解決，這些都鍛煉了我自主解決問題的能力。但是我掌握了研究這類問題的方法，即問題解決的過程就是要從問題所表現(xiàn)出來的情況出發(fā)，通過反復推敲，作出相應判斷，逐步找出問題的癥結所在，從而一舉擊破。在這次信號與系統(tǒng)課程設計過程中，尤其在使用MATLAB軟件進行相關信號的仿真與分析時，這種分析解決問題的能力就更為重要。學習任何知識，僅從理論上去求知，而不去實踐、探索是不夠的。通過為期

16、數(shù)天的MATLAB課程設計，我對MATLAB這個仿真軟件有了更進一步的認識和了解。在這數(shù)天時間里，我通過自己摸索，查閱資料，并且在指導老師的指導下完成了常用連續(xù)時間信號的編程與仿真；并最終將課程設計報告總結完畢。在整個設計過程中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了獨立思考和設計的能力，樹立了對知識應用的信心，相信會對今后的學習工作和生活有非常大的幫助，并且提高了自己的動手實踐操作能力， 使自己充分體會到了在設計過程中的成功喜悅。雖然這個設計做的不是太成功，但是在設計過程中所學到的東西是這次課程設計的最大收獲和財富，使我終身受益。對于MATLAB軟件的使用，本次的課程設計讓我對于信號與系統(tǒng)這一門學科有了更深層次的理解，在分析并解決問題的過程中，鞏固了該門學科的基礎，對于相關知識的認知程度有了很大的提高。實踐是認識的基礎，本次的課程設計對個人的影響意義深遠。自己能力的一種提高，通過這次課程設計使自己明白了原來的那點知識是非常欠缺的，要學習的東西還很多，通過這次課程設計，我明白學習是一個長期積累的過程，在以后的工作和生活中都應該不斷的學習，努力提高自己的知識和綜合素質(zhì)。希望以后像這樣的課