《信號與系統(tǒng)分析》

1、信號與系統(tǒng)分析實 驗 指 導(dǎo) 書李新利 編華北電力大學(xué)（北京）二零零五年六月前 言1 實驗總體目標(biāo)通過實驗，鞏固掌握課程的講授內(nèi)容，使學(xué)生對信號分析與線性系統(tǒng)分析的基本理論及分析方法有一個感性認(rèn)識和更好地理解，使學(xué)生在分析問題與解決問題的能力及實踐技能方面有所提高。2 適用專業(yè)自動化專業(yè)本科生3 先修課程信號與系統(tǒng)分析4 實驗課時分配實驗項目學(xué)時實驗一 信號的時域與頻域分析2實驗二 LTI系統(tǒng)的時域與頻域分析2實驗三 信號的調(diào)制與解調(diào)2 實驗環(huán)境需要配置微機及MATLAB工具軟件。 實驗總體要求1、掌握信號分解的基本思想及信號在時域、頻域和變換域進行分解的基本理論及描述方法，用MATLAB編程

2、語言實現(xiàn)基本信號的表示及可視化，計算和分析信號的頻譜；2、掌握在時域、頻域和變換域分析LTI系統(tǒng)的方法，及系統(tǒng)在時域、頻域和變換域的描述方法，用MATLAB編程語言實現(xiàn)LTI系統(tǒng)的時域分析及頻率分析。3、掌握信號的調(diào)制與解調(diào)，用MATLAB編程語言仿真分析信號的調(diào)制與解調(diào)。 本實驗的重點、難點及教學(xué)方法建議實驗通過MATLAB編程語言來實現(xiàn)基本信號的表示及可視化，計算分析信號的頻譜，實現(xiàn)LTI系統(tǒng)的時域分析及頻率分析，并仿真分析信號的調(diào)制與解調(diào)，使學(xué)生對信號分析與線性系統(tǒng)分析的基本理論及分析方法有一個感性認(rèn)識和更好地理解。實驗的重點及難點是：掌握基本信號的數(shù)學(xué)表示，信號的頻譜特點，計算LTI系

3、統(tǒng)的典型響應(yīng)，掌握信號的調(diào)制與解調(diào)。在這樣的理論基礎(chǔ)上，學(xué)會用MATLAB編程語言來實現(xiàn)對信號與系統(tǒng)響應(yīng)的可視化及對信號的調(diào)制與解調(diào)進行分析。教學(xué)建議：打好理論基礎(chǔ)，熟練編程語言。目 錄實驗一信號的時域與頻域分析3實驗二LTI系統(tǒng)的時域與頻域分析4實驗三信號的調(diào)制與解調(diào)5實驗一、信號的時域與頻域分析一、實驗?zāi)康?、熟悉MATLAB平臺，高效的數(shù)值計算及符號計算功能；2、實現(xiàn)基本信號的表示及可視化計算；3、分析信號的頻譜。二、實驗類型驗證型三、實驗儀器微機，MATLAB工具軟件。四、實驗原理MATLAB是功能強大的數(shù)學(xué)軟件，它提供了計算周期連續(xù)函數(shù)和周期離散序列的頻譜的一系列函數(shù)。對于周期連續(xù)函

4、數(shù)，可由直接得出的表達式，然后運用abs（）和angle（）求出的幅度譜和相位譜，并用plot函數(shù)將結(jié)果可視化。對于周期離散序列，可設(shè)定DFS和IDFS的求和范圍，利用Ffft（f）來計算N個DFS系數(shù)，fIfft（F）來計算由DFS系數(shù)Fm反變換序列的時域信號fk.五、實驗內(nèi)容和要求1、基本信號的表示及可視化 如：2、信號的頻域分析已知周期方波信號，當(dāng)， ，時，畫出其幅度譜和相位譜，觀察不同周期下，的頻譜圖有何區(qū)別。六、注意事項七、思考題1對于周期信號，當(dāng)周期越大時，其譜線是變密還是變疏？主瓣寬度如何改變？2的三角函數(shù)的傅立葉變換與指數(shù)傅立葉變換，其傅立葉系數(shù)有何區(qū)別？頻譜圖有何區(qū)別？實驗二

5、、LTI系統(tǒng)的時域與頻域分析一、實驗?zāi)康睦肕ATLAB編程語言實現(xiàn)對LTI系統(tǒng)的時域頻域響應(yīng)分析。二、實驗類型驗證型三、實驗儀器微機，MATLAB工具軟件。四、實驗原理N階連續(xù)時間LTI系統(tǒng)可用n階常系數(shù)微分方程描述，而離散時間LTI系統(tǒng)可由線性常系數(shù)差分方程來描述。當(dāng)已知激勵信號和系統(tǒng)的初始條件時，求解微分方程，可得到系統(tǒng)的輸出響應(yīng)，含零輸入響應(yīng)和零狀態(tài)響應(yīng)，其中零狀態(tài)響應(yīng)可用卷積積分來求取。而系統(tǒng)的沖激響應(yīng)既是求解零狀態(tài)響應(yīng)的重要參數(shù)，又是描述系統(tǒng)時域特性的重要參數(shù)。MATLAB中有相應(yīng)的函數(shù)來求解各種響應(yīng)。五、實驗內(nèi)容和要求1、一個連續(xù)時間LTI系統(tǒng)如下所示： 求（1）系統(tǒng)的單位沖激響

6、應(yīng)與階躍響應(yīng)； （2）當(dāng)輸入為時的零狀態(tài)響應(yīng)。2、求RLC理想低通的輸出，對此系統(tǒng)畫出其BODE圖。LRC已知。六、注意事項七、思考題1由程序運行結(jié)果觀察低通濾波器有什么特性？ 實驗三、信號的調(diào)制與解調(diào)一、實驗?zāi)康姆抡娣治鲂盘柕恼{(diào)制與解調(diào)。二、實驗類型設(shè)計型三、實驗儀器微機，MATLAB工具軟件。四、實驗原理在通信系統(tǒng)中調(diào)制與解調(diào)是一種基本的技術(shù)。調(diào)制是指用一個信號去控制另一個信號的某一個參量的過程。被控制的信號稱為載波 (Carrier Wave )。控制信號稱為調(diào)制信號 ( Modulation Signal )，也稱為基帶信號。在通信系統(tǒng)中廣泛采用調(diào)制技術(shù)是因為:（1）任何信道都有它自己

7、的傳輸特性；（2）信道的帶寬往往比一路信號的帶寬要大得多；（3）若信號以電磁波形式發(fā)送到信道，當(dāng)發(fā)射天線的尺寸大約為信號波長的1/10或更大一些時，天線的輻射效率最高。通常采用的調(diào)制方式：根據(jù)被控制的參量分為AM-Amplitude Modulation，F(xiàn)M-Frequency Modulation，PM-Phase Modulation。在正弦幅度調(diào)制中，又有帶載波和抑制載波的，在抑制載波的正弦幅度調(diào)制中有雙邊帶、單邊帶、 殘留邊帶：對正弦載波的情況，若調(diào)制信號是脈沖信號，則稱為： ASK-幅度鍵控(Amplitude Shift Keying)，F(xiàn)SK-頻率鍵控(Frequency Shift Keying)，PSK-相位鍵控(Phas