信号与系统实验5

信号与系统实验5
信号与系统实验5

信号与系统实验实验五连续时间信号与系统的频域分析

一.实验目的

1、掌握连续时间信号与系统的频域分析方法,从频域的角度对信号与系统的特性进行分析。

2、掌握连续时间信号傅里叶变换与傅里叶逆变换的实现方法。

3、掌握连续时间傅里叶变换的特点及应用

4、掌握连续时间傅里叶变换的数值计算方法及绘制信号频谱的方法

二.实验内容

1.符号函数的傅里叶变换

(1)下面参考程序和运行结果是信号||2)(t e

t f -=的傅里叶变换,分析

程序,判断运行结果正确与否。 syms t; %时间符号 (定义符号变量t )

f=exp(-2*abs(t)); %符号函数 (输入符号函数f)

F=fourier(exp(-2*abs(t))); (实现符号函数f 的傅里叶变换) subplot(1,2,1); (在一行两列的第一幅画图)

ezplot(f); (画图)

subplot(1,2,2); (在一行两列的第二幅画图)

ezplot(F); (画图)

答:程序分析在每条程序后。运行结果正确。

(2)参考上述程序试画出信号f=(2/3)*exp(-3*abs(t))的波形及其幅频特性曲线。

syms t;%时间符号

f=(2/3)*exp(-3*abs(t)); %符号函数

F=fourier((2/3)*exp(-3*abs(t)));

subplot(1,2,1);

ezplot(f);

subplot(1,2,2);

ezplot(F);

2.符号函数的傅里叶变换

(1)下面参考程序是求信号211)(ωω+=j F 的逆傅里叶变换,分析程

序,比较运行结果。 syms t w; (定义符号变量t w )

F=1/(1+w^2); (输入函数F)

f=ifourier(F,t); (实现函数F 的傅里叶逆变换)

subplot(1,2,1); (在一行两列的第一幅图画图)

ezplot(F);(画图)

subplot(1,2,2); (在一行两列的第二幅图画图)

ezplot(f);(画图)

(2)求信号ω

ωωsin 2)(=j F 的逆傅里叶变换,并用程序验证。 syms t w;

F=2*(sin(w))/w;

f=ifourier(F,t);

subplot(1,2,1);

ezplot(F);

subplot(1,2,2);

ezplot(f);

信号与系统实验5

信号与系统实验(五) 班级:通信5班姓名:刘贺洋学号:11081515 班级:通信5班姓名:章仕波学号:11081522 1.符号函数的傅里叶变换 (1)下面参考程序和运行结果是信号||2 f- t =的傅里叶变换,分析程序,判 e ) (t 断运行结果正确与否。 syms t; %时间符号 f=exp(-2*abs(t)); %符号函数 F=fourier(exp(-2*abs(t))); subplot(1,2,1); ezplot(f); subplot(1,2,2); ezplot(F); 1(1)图

(2)参考上述程序试画出信号)(32 )(3t u e t f t -=的波形及其幅频特性曲线。 1(2)源程序: syms t ; %时间符号 f=2/3*exp(-3*t)*heaviside(t); %符号函数 F=fourier(f); subplot(1,2,1); ezplot(f); subplot(1,2,2); ezplot(abs(F)); 1(2)图: 2.符号函数的傅里叶变换

(1)下面参考程序是求信号211)(ωω+=j F 的逆傅里叶变换,分析程 序,比较运行结果。 源程序2(1) syms t w; F=1/(1+w^2); f=ifourier(F,t); subplot(1,2,1); ezplot(F); subplot(1,2,2); ezplot(f); 2(1)图: (2)求信号ωωωsin 2)(=j F 的逆傅里叶变换,并用程序验证。

源程序2(2) syms t w; F=2*sin(w)/w; f=ifourier(F,t); subplot(1,2,1); ezplot(F); subplot(1,2,2); ezplot(f); 图2(2):

信号与系统实验

《信号与系统及MATLAB实现》实验指导书

前言 长期以来,《信号与系统》课程一直采用单一理论教学方式,同学们依靠做习题来巩固和理解教学内容,虽然手工演算训练了计算能力和思维方法,但是由于本课程数学公式推导较多,概念抽象,常需画各种波形,作题时难免花费很多时间,现在,我们给同学们介绍一种国际上公认的优秀科技应用软件MA TLAB,借助它我们可以在电脑上轻松地完成许多习题的演算和波形的绘制。 MA TLAB的功能非常强大,我们此处仅用到它的一部分,在后续课程中我们还会用到它,在未来地科学研究和工程设计中有可能继续用它,所以有兴趣的同学,可以对MA TLAB 再多了解一些。 MA TLAB究竟有那些特点呢? 1.高效的数值计算和符号计算功能,使我们从繁杂的数学运算分析中解脱出来; 2.完备的图形处理功能,实现计算结果和编程的可视化; 3.友好的用户界面及接近数学表达式的自然化语言,易于学习和掌握; 4.功能丰富的应用工具箱,为我们提供了大量方便实用的处理工具; MA TLAB的这些特点,深受大家欢迎,由于个人电脑地普及,目前许多学校已将它做为本科生必须掌握的一种软件。正是基于这些背景,我们编写了这本《信号与系统及MA TLAB实现》指导书,内容包括信号的MA TLAB表示、基本运算、系统的时域分析、频域分析、S域分析、状态变量分析等。通过这些练习,同学们在学习《信号与系统》的同时,掌握MA TLAB的基本应用,学会应用MA TLAB的数值计算和符号计算功能,摆脱烦琐的数学运算,从而更注重于信号与系统的基本分析方法和应用的理解与思考,将课程的重点、难点及部分习题用MA TLAB进行形象、直观的可视化计算机模拟与仿真实现,加深对信号与系统的基本原理、方法及应用的理解,为学习后续课程打好基础。另外同学们在进行实验时,最好事先预习一些MA TLAB的有关知识,以便更好地完成实验,同时实验中也可利用MA TLAB的help命令了解具体语句以及指令的使用方法。

信号与系统实验题目及答案

第一个信号实验的题目 1实现下列常用信号 (1)(5)u t +;(2)(1)t δ-;(3)cos(3)sin(2)t t +;(4)()[(1)(2)]f t t u t t u t t =?---; (5)0.5()4cos(),010t f t e t t π-=?= 2连续信号的基本运算与波形变换 已知信号2 2,2 1 ()33 t t f t ? -+-≤≤?=???,试画出下列各函数对时间t 的波形: (1)()f t -(2)(2)f t -+(3)(2)f t (4)1 (1)2 d f t dt +(5)(2)t f d ττ-∞-? 3连续信号的卷积运算 实现12()()f t f t *,其中1()f t 、2()f t 从第2个题目中任选3对组合。 4连续系统的时域分析 (1) 描述某连续系统的微分方程为()2()()()2()y t y t y t f t f t ''''++=+,求当输入信号为 2()2()t f t e u t -=时,该系统的零状态响应()y t 。 (2) 已知描述某连续系统的微分方程为2()()3()()y t y t y t f t '''+-=,试用MATLAB 绘出 该系统的冲激响应和阶跃响应的波形。 实验一答案: (1)(5)u t +在MATLAB 软件的输入程序及显示波形如下:

(2)(1)t δ-在MATLAB 软件的输入程序及显示波形如下: (3)cos(3)sin(2)t t +在MATLAB 软件的输入程序及显示波形如下: (4)()[(1)(2)]f t t u t t u t t =?---在MATLAB 软件的输入程序及显示波形如下: (5)0.5()4cos(),010t f t e t t π-=?=在MATLAB 软件的输入程序及显示波形如下:

2014信号与系统实验五(2)

Matlab拓展实验1:周期方波的傅立叶级数分析 一、周期方波信号的产生 1、周期方波函数:square(t,duty) (1)其中t为时间向量。 (2)duty为占空比,此参数可缺省,缺省时,duty=50。 注:周期方波的占空比为x%,是指一个周期内,高电平持续时间占整个周期时长的x%。但在square函数中,参数duty是一个0~100的数值。例如,若需产生占空比为20%的方波,则应设置duty=20。 2、功能描述:square函数产生一个周期为2π、高低电平分别为±1的周期方波,通过适当的编程可以调整为任意周期,任意幅度,任意中心值。 【例1】在时间范围[?4π,4π]产生周期的2π的周期方波。 clear;clf;clc; step=pi/200; %设置时间步长 t=-4*pi:step:4*pi; %设置时间范围 x1=square(t); %产生占空比为50%的周期方波 duty=20;x2=square(t,duty); %产生占空比为20%的周期方波 subplot(2,1,1);plot(t,x1); axis([-4*pi,4*pi,-1.5,1.5]);title('占空比为0.5的周期方波'); subplot(2,1,2);plot(t,x2); axis([-4*pi,4*pi,-1.5,1.5]);title('占空比为0.2的周期方波'); 上述程序的运行结果如下:

【思考】如将例1程序中的作图部分修改如下(修改部分以红色标出),这种处理方式称之为横坐标对pi归一化,图形结果会有何不同?这时横坐标的数值标注含义有何变化? subplot(2,1,1);plot(t/pi,x1); axis([-4,4,-1.5,1.5]);title('占空比为0.5的周期方波'); subplot(2,1,2);plot(t/pi,x2); axis([-4,4,-1.5,1.5]);title('占空比为0.2的周期方波'); 【实践1】产生周期为1,占空比为30%,高电平为1,低电平为0的周期方波,时间范围为[?2,2],即能观察到4个完整的周期。(时间变量的尺度变换) 二、傅立叶级数分解的计算 1、周期信号傅立叶级数展开的理论分析 周期信号的傅立叶级数有若干种形式(如三角形式、指数形式),这里以指数形式的傅立叶级数为例进行说明。 信号x(t)满足,x t=x(t+T),其中T称为周期(或基波周期,单位s),F=1T称为频率(或基波频率,单位Hz),ω=2πT=2πF称为基波角频率,单位rad s。 (1)指数形式的傅立叶级数:

信号与系统实验报告一

1. 实验原理 2. 设描述连续时间系统的微分方程为: ) ()()()()()()()(01) 1(1) (01)1(1)(t f b t f b t f b t f b t y a t y a t y a t y a m m m m n n n n +'+++=+'+++---- 则可用向量a 和b 表示该系统,即 ],,,,[011a a a a a n n -= ],,,,[011b b b b b m m -= 注意,向量a 和b 的元素一定要以微分方程时间求导的降幂次序排列,且缺项要用0补齐。 如微分方程 )()()(2)(3)(t f t f t y t y t y +''=+'+'' 表示该系统的向量为 ]2 3 1[=a ]1 0 1[=b (1)求解冲激响应:impulse()函数 impulse()函数有以下四种调用格式: ① impulse(b,a) 该调用格式以默认方式绘制由向量a 和b 定义的连续时间系统的冲激响应的时域波形。 ② impulse(b,a,t) 该调用格式绘制由向量a 和b 定义的连续时间系统在t ~0时间范围内的冲激响应的时域波形。 ③ impulse(b,a, t1:p:t2) 该调用格式绘制由向量a 和b 定义的连续时间系统在21~t t 时间范围内,且以时间间隔 p 均匀抽样的冲激响应的时域波形。 ④ y=impulse(b,a,t1:p:t2) 该调用格式并不绘制系统冲激响应的波形,而是求出由向量a 和b 定义的连续时间系统在21~t t 时间范围内以时间间隔p 均匀抽样的系统冲激响应的数值解。 (2)求解阶跃响应:step()函数 step()函数也有四种调用格式: ① step(b,a) ② step(b,a,t) ③ step(b,a, t1:p:t2) ④ y=step(b,a,t1:p:t2) 上述调用格式的功能与impulse()函数完全相同。 (3)求解零状态响应:lsim()函数 lsim()函数有以下二种调用格式:

信号与系统 实验5

黄淮学院电子科学与工程系 《信号与系统》课程验证性实验报告 实验名称 实验五 连续信号与系统的S 域分 析 实验时间 2013年06月12 日 学生姓名 王茂胜 实验地点 070312 同组人员 无 专业班级 电技1001B 1、实验目的 1. 熟悉拉普拉斯变换的原理及性质 2. 熟悉常见信号的拉氏变换 3.了解正/反拉氏变换的MATLAB 实现方法和利用MATLAB 绘制三维曲面图的方法 4. 了解信号的零极点分布对信号拉氏变换曲面图的影响及续信号的拉氏变换与傅氏变换的关系 2、实验主要仪器设备和材料: (1)计算机,方正,1台; (2)MATLAB 仿真软件,7.0以上版本,1套。 3、实验内容和原理: 拉普拉斯变换是分析连续时间信号的重要手段。对于当t ∞时信号的幅值不 衰减的时间信号,即在f(t)不满足绝对可积的条件时,其傅里叶变换可能不存在,但此时可以用拉氏变换法来分析它们。连续时间信号f(t)的单边拉普拉斯变换F(s)的定义为: 0()()st F s f t e dt ∞ -=? 拉氏反变换的定义为: 1 ()()2j st j f t F s e ds j σω σω π+-= ? 显然,上式中F(s)是复变量s 的复变函数,为了便于理解和分析F(s)随s 的变化规律,我们将F(s)写成模及相位的形式:()()()j s F s F s e ?=。其中,|F(s)|为复信号

F(s)的模,而()s ?为F(s)的相位。由于复变量s=σ+j ω,如果以σ为横坐标(实轴),j ω为纵坐标(虚轴),这样,复变量s 就成为一个复平面,我们称之为s 平面。从三维几何空间的角度来看,|()|F s 和()s ?分别对应着复平面上的两个曲面,如果绘出它们的三维曲面图,就可以直观地分析连续信号的拉氏变换F(s)随复变量s 的变化情况,在MATLAB 语言中有专门对信号进行正反拉氏变换的函数,并且利用 MATLAB 的三维绘图功能很容易画出漂亮的三维曲面图。 ①在MATLAB 中实现拉氏变换的函数为: F=laplace( f )对f(t)进行拉氏变换,其结果为F(s) F=laplace (f,v)对f(t)进行拉氏变换,其结果为F(v) F=laplace ( f,u,v)对f(u)进行拉氏变换,其结果为F(v) ②拉氏反变换 f=ilaplace ( F )对F(s)进行拉氏反变换,其结果为f(t) f=ilaplace(F,u)对F(w)进行拉氏反变换,其结果为f(u) f=ilaplace(F,v,u )对F(v)进行拉氏反变换,其结果为f(u) 4、实验方法、步骤: 1. 求出下列函数的拉氏变换式,并用MATLAB 绘制拉氏变换在s 平面的三维曲面图 ① 3()2()5()t t f t e t e t εε--=+ ② ()()(2)f t t t εε=-- ③ 3()sin()()t f t e t t ε-= ④ []()sin()()(2)f t t t t πεε=-- 2. 已知信号的拉氏变换如下,请用MATLAB 画出其三维曲面图,观察其图形特点,说出函数零极点位置与其对应曲面图的关系,并且求出它们所对应的原时间函数f (t ), ①22(3)(3)()(5)(16)s s F s s s -+= -+ ②(1)(3) ()(2)(5) s s F s s s s ++=++ 3. 已知连续时间信号[]()s(2)()(4)f t co t t t πεε=--,请分别求出该信号的拉氏变换()F s 及其傅里叶变换()F j ω,并用MATLAB 绘出()F s 的曲面图及振幅频谱()F j ω的波形,观察()F s 的曲面图在虚轴上的剖面图,并将它与信号的振幅频谱曲线进行比较,分析两者的对应关系。

信号与系统实验2

实验报告 实验二连续时间系统的时域分析 一、实验目的: 1、掌握用Matlab进行卷积运算的数值方法和解析方法,加深对卷积积分的理解。 2、学习利用Matlab实现LTI系统的冲激响应、阶跃响应和零状态响应。 二、实验内容及步骤 实验前,必须首先阅读本实验原理,读懂所给出的全部范例程序。实验开始时,先在计算机上运行这些范例程序,观察所得到的信号的波形图。并结合范例程序应该完成的工作,进一步分析程序中各个语句的作用,从而真正理解这些程序。

1、 编写程序Q2_1,完成)(1t f 与)(2t f 两函数的卷积运算。 2、 编写程序Q2_2,完成)(1t f 与)(2t f 两函数的卷积运算。 3、编写程序Q2_3。利用程序Q2_1,验证卷积的相关性质。 (a) 验证性质:)()(*)(t x t t x =δ (b) 验证性质: )()(*)(00t t x t t t x -=-δ 4、编写程序Q2_4。某线性时不变系统的方程为 )(8)(2)(6)(5)(t f t f t y t y t y +'=+'+'', (a)系统的冲激响应和阶跃响应。 (b)输入()()t f t e u t -=,求系统的零状态响应)(t y zs 。 三. 实验结果 一: dt=0.01 t1=0:dt:2 f1=0.5*t1 t2=0:dt:2 f2=0.5*t2 f=dt*conv(f1,f2) t=0:0.01:4 plot(t,f);axis([-1 5 0 0.8])

二: dt=0.01 t=-3:dt:3 t1=-6:dt:6 ft1=2*rectpuls(t,2) ft2=rectpuls(t,4) y=dt*conv(ft1,ft2) plot(t1,y) axis([-4 4 0 5]) 以上两题出现错误点:(1)最开始模仿例1的写法用function [f,k]=sconv,总提示出现 错误 (2)t0+t2 ≤ t ≤ t1+t3 不大能理解的运用个特点,在编写的时候总是被忽略。导致t和t1设置的长度总出错。 三: (a) dt=0.01 t=0:dt:2 t0=0 t1=0:dt:2t2=0:dt:2

信号与系统-实验报告-实验五

实验五 连续信号与系统的S 域分析 学院 班级 姓名 学号 一、实验目的 1. 熟悉拉普拉斯变换的原理及性质 2. 熟悉常见信号的拉氏变换 3. 了解正/反拉氏变换的MATLAB 实现方法和利用MATLAB 绘制三维曲面图的方法 4. 了解信号的零极点分布对信号拉氏变换曲面图的影响及续信号的拉氏变换与傅氏变换的关系 二、 实验原理 拉普拉斯变换是分析连续时间信号的重要手段。对于当t ∞时信号的幅值不衰减的时间信号,即在f(t)不满足绝对可积的条件时,其傅里叶变换可能不存在,但此时可以用拉氏变换法来分析它们。连续时间信号f(t)的单边拉普拉斯变换F(s)的定义为: 拉氏反变换的定义为: 显然,上式中F(s)是复变量s 的复变函数,为了便于理解和分析F(s)随s 的变化规律,我们将F(s)写成模及相位的形式:()()()j s F s F s e ?=。其中,|F(s)|为复信号F(s)的模,而()s ?为F(s)的相位。由于复变量s=σ+jω,如果以σ为横坐标(实轴),jω为纵坐标(虚轴),这样,复变量s 就成为一个复平面,我们称之为s 平面。从三维几何空间的角度来看,|()|F s 和()s ?分别对应着复平面上的两个曲面,如果绘出它们的三维曲面图,就可以直观地分析连续信号的拉氏变换F(s)随复变量s 的变化情况,在MATLAB 语言中有专门对信号进行正反拉氏变换的函数,并且利用 MATLAB 的三维绘图功能很容易画出漂亮的三维曲面图。 ①在MATLAB 中实现拉氏变换的函数为: F=laplace( f ) 对f(t)进行拉氏变换,其结果为F(s) F=laplace (f,v) 对f(t)进行拉氏变换,其结果为F(v) F=laplace ( f,u,v) 对f(u)进行拉氏变换,其结果为F(v) ②拉氏反变换 f=ilaplace ( F ) 对F(s)进行拉氏反变换,其结果为f(t) f=ilaplace(F,u) 对F(w)进行拉氏反变换,其结果为f(u) f=ilaplace(F,v,u ) 对F(v)进行拉氏反变换,其结果为f(u) 注意: 在调用函数laplace( )及ilaplace( )之前,要用syms 命令对所有需要用到的变量(如t,u,v,w )等进行说明,即要将这些变量说明成符号变量。对laplace( )中的f 及ilaplace( )中的F 也要用符号定义符sym 将其说明为符号表达式。具体方法参见第一部分第四章第三节。 例①:求出连续时间信号 ()sin()()f t t t ε=的拉氏变换式,并画出图形 求函数拉氏变换程序如下: syms t s %定义符号变量 ft=sym('sin(t)*Heaviside(t)'); %定义时间函数f(t)的表达式

信号与系统实验三

信号与系统实验实验三:信号的卷积 小组成员: 黄涛13084220 胡焰焰13084219 洪燕东13084217

一、实验目的 1. 理解卷积的物理意义; 2. 掌握运用计算机进行卷积运算的原理和方法; 3. 熟悉卷积运算函数conv的应用; 二、预习内容 1. 卷积的定义及物理意义; 2. 卷积计算的图解法; 3. 卷积的应用 三、实验原理说明 1.卷积的定义 连续时间和离散时间卷积的定义分别如下所示: 2.卷积的计算 由于计算机技术的发展,通过编程的方法来计算卷积积分和卷积和已经不再是冗繁的工作,并可以获得足够的精度,因此信号的时域卷积分析法在系统分析中得到了广泛的应用。 卷积积分的数值运算可以应用信号的分段求和来实现,即: 数值运算只求当时的信号值,则由上式可以得到: 上式中实际上就是连续信号等间隔均匀抽样的离散序列的卷积和,当足够小的时候就是信号卷积积分的数值近似。因此,在利用计算机计算两信号卷积积分时,实质上是先将其转化为离散序列,再利用离散卷积和计算原理来计算。 3.卷积的应用 3.1 求解系统响应 卷积是信号与系统时域分析的基本手段,主要应用于求解系统响应,已知一LTI系统的单位冲激响应和系统激励信号则系统响应为激励与单位冲激响应的卷积。 需要注意的是利用卷积分析方法求得的系统响应为零状态响应。 3.2 相关性分析 相关函数是描述两个信号相似程度的量。两信号之间的相关函数一般称之为互相关函数或者互关函数,定义如下: 若是同一信号,此时相关函数称为自相关函数或者自关函数: 对于相关函数与卷积运算有着密切的联系,由卷积公式与相关函数比较得: 可见,由第二个信号反转再与第一个信号卷积即得到两信号的相关函数。 4.涉及的Matlab函数 4.1 conv函数 格式w = conv(u,v),可以实现两个有限长输入序列u,v的卷积运算,得到有限冲激响应系统的输出序列。输出序列长度为两个输入序列长度和减一。 四、实验内容 给定如下因果线性时不变系统: y[n]+0.71y[n-1]-0.46y[n-2]-0.62y[n-3=0.9x[n]-0.45x[n-1]+0.35x[n-2]+0.002x[n-3] (1)不用impz函数,使用filter命令,求出以上系统的单位冲激响应h[n]的前20个样本; clc; N = 0:19;

信号与系统实验指导书

实验一 常用信号分类与观察 一、实验目的 1、了解单片机产生低频信号源; 2、观察常用信号的波形特点及产生方法; 3、学会使用示波器对常用波形参数的测量。 二、实验内容 1、信号的种类相当的多,这里列出了几种典型的信号,便于观察。 2、这些信号可以应用到后面的“基本运算单元”和“无失真传输系统分析”中。 三、实验原理 对于一个系统特性的研究,其中重要的一个方面是研究它的输入输出关系,即在一特定的输入信号下,系统对应的输出响应信号。因而对信号的研究是对系统研究的出发点,是对系统特性观察的基本手段与方法。在本实验中,将对常用信号和特性进行分析、研究。 信号可以表示为一个或多个变量的函数,在这里仅对一维信号进行研究,自变量为时间。常用信号有:指数信号、正弦信号、指数衰减正弦信号、抽样信号、钟形信号、脉冲信号等。 1、正弦信号:其表达式为)sin()(θω+=t K t f ,其信号的参数:振幅K 、角频率ω、与初始相位θ。其波形如下图所示: 图 1-5-1 正弦信号 2、指数信号:指数信号可表示为at Ke t f =)(。对于不同的a 取值,其波形表现为不同的形式,如下图所示:

图 1-5-2 指数信号 3、指数衰减正弦信号:其表达式为 ?? ? ??><=-)0()sin()0(0)(t t Ke t t f at ω 其波形如下图: 图 1-5-3 指数衰减正弦信号 4、抽样信号:其表达式为: sin ()t Sa t t = 。)(t Sa 是一个偶函数,t = ±π,±2π,…,±n π时,函数值为零。该函数在很多应用场合具有独特的运用。其信号如下图所示:

信号与系统实验四

信号与系统实验实验四:周期信号的傅里叶级数 小组成员: 黄涛13084220 胡焰焰13084219 洪燕东13084217

一、实验目的 1、分析典型的矩形脉冲信号,了解矩形脉冲信号谐波分量的构成。 2、观察矩形脉冲信号通过多个数字滤波器后,分解出各谐波分量的情况。 3、掌握用傅里叶级数进行谐波分析的方法。 4、观察矩形脉冲信号分解出的各谐波分量可以通过叠加合成出原矩形脉冲信号。 二、预习内容 1、周期信号的傅里叶级数分解及其物理意义。 2、典型信号傅里叶级数计算方法。 三、实验原理 1. 信号的时间特性与频率特性 信号可以表示为随时间变化的物理量,比如电压)(t u 和电流)(t i 等,其特性主要表现为随时间的变化,波形幅值的大小、持续时间的长短、变化速率的快慢、波动的速度及重复周期的大小等变化,信号的这些特性称为时间特性。 信号还可以分解为一个直流分量和许多不同频率的正弦分量之和。主要表现在各频率正弦分量所占比重的大小不同;主要频率分量所占的频率范围也不同,信号的这些特性称为信号的频率特性。 无论是信号的时间特性还是频率特性都包含了信号的全部信息量。 2. 信号的频谱 信号的时间特性和频率特性是对信号的两种不同的描述方式。根据傅里叶级数原理,任意一个时域的周期信号)t (f ,只要满足狄利克莱(Dirichlet)条件,就可以将其展开成三角形式或指数形式的傅里叶级数。例如,对于一个周期为T 的时域周期信号)t (f ,可以用三角形式的傅里叶级数求出它的各次分量,在区间),(11T t t +内表示为 ()∑∞ =Ω+Ω+=10sin cos )(n n n t n b t n a a t f 即将信号分解成直流分量及许多余弦分量和正弦分量,研究其频谱分布情况。 A 0t A n 0A 0t (a)(b) Ω(c)ωΩ 5Ω3Ω Ω3Ω5 3. 信号的时间特性与频率特性关系 信号的时域特性与频域特性之间有着密切的内在联系,这种联系可以用图4-1来形象地表示。其中图4-1(a)是信号在幅度--时间--频率三维坐标系统中的图形;图4-1(b)是信号在幅度--时间坐标系统中的图形即波形图;把周期信号分解得到的各次谐波分量按频率的高低排列,就可以得到频谱图。反映各频率分量幅度的频谱称为振幅频谱。图4-1(c)是信号在幅度--频率坐标系统中的图形即振幅频谱图。反映各分量相位的频谱称为相位频谱。 4. 信号频谱的测量 在本实验中只研究信号振幅频谱。周期信号的振幅频谱有三个性质:离散性、谐波性、收敛

信号与系统实验实验报告

信号与系统实验实验报 告 文档编制序号:[KKIDT-LLE0828-LLETD298-POI08]

实验五连续系统分析一、实验目的 深刻理解连续时间系统的系统函数在分析连续系统的时域特性、频域特性及稳定性中的重要作用及意义,掌握根据系统函数的零极点设计简单的滤波器的方法。掌握利用MATLAB分析连续系统的时域响应、频响特性和零极点的基本方法。 二、实验原理 MATLAB提供了许多可用于分析线性时不变连续系统的函数,主要包含有系统函数、系统时域响应、系统频域响应等分析函数。 三、实验内容 1.已知描述连续系统的微分方程为,输入,初始状态 ,计算该系统的响应,并与理论结果比较,列出系统响应分析的步骤。 实验代码: a=[1 10]; b=[2]; [A B C D]=tf2ss(b,a); sys=ss(A,B,C,D); t=0: :5; xt=t>0; sta=[1]; y=lsim(sys,xt,t,sta); subplot(3,1,1); plot(t,y); xlabel('t'); title('系统完全响应 y(t)'); subplot(3,1,2); plot(t,y,'-b'); hold on yt=4/5*exp(-10*t)+1/5; plot(t,yt,' : r'); legend('数值计算','理论计算'); hold off xlabel('t'); subplot(3, 1 ,3); k=y'-yt; plot(t,k); k(1) title('误差');

实验结果: 结果分析: 理论值 y(t)=0. 8*exp(-10t)*u(t)+ 程序运行出的结果与理论预期结果相差较大误差随时间增大而变小,初始值相差最大,而后两曲线基本吻合,表明该算法的系统响应在终值附近有很高的契合度,而在初值附近有较大的误差。 2.已知连续时间系统的系统函数为,求输入分别为,, 时,系统地输出,并与理论结果比较。 a=[1,3,2,0]; b=[4,1]; sys=tf(b,a); t=0: :5; x1=t>0; x2=(sin(t)).*(t>0); x3=(exp(-t)).*(t>0); y1=lsim(sys,x1,t); y2=lsim(sys,x2,t); y3=lsim(sys,x3,t); subplot(3,1,1); plot(t,y1); xlabel('t'); title('X(t)=u(t)'); subplot(3,1,2); plot(t,y2); xlabel('t'); title('X(t)=sint*u(t)'); subplot(3, 1 ,3); plot(t,y3); xlabel('t'); title('X(t)=exp(-t)u(t)'); 实验结果: 结果分析: a=[1,3,2,0]; b=[4,1]; sys=tf(b,a); t=0: :5; x1=t>0; x2=(sin(t)).*(t>0); x3=(exp(-t)).*(t>0); y1=lsim(sys,x1,t); y2=lsim(sys,x2,t); y3=lsim(sys,x3,t); subplot(3,1,1); plot(t,y1,'-b');

信号与系统实验DOC

信号与系统实验讲义 雷明东编 重庆文理学院 电子电气学院 2014年10月

实验注意事项 1、不准迟到早退,开始做实验前需要签字; 2、在离开实验室前,要整理好实验设备、桌椅、收拾好垃圾后,待老师检查完毕,方可离开实验室; 3、做实验期间不准大声喧哗,如有问题需举手示意; 4、不准在无老师授权的情况下随意拆卸实验设备; 5、在每次做新实验前,需交前个实验的实验报告。

实验一 常用信号的分类和观察 一 实验目的: 1、观察和了解常见信号的波形和特点。 2、理解相关信号参数的作用和意义。 3、掌握信号的FFT 变换。 3、熟练掌握示波器的使用。 二 实验原理: 描述信号的基本方法是写出它的数学表达式,此表达式是时间的函数,绘出函数的图像称为信号的波形。 对于各种信号,可以从不同的角度分类。如分成确定性信号与随机信号;周期信号与非周期信号;连续时间信号与离散时间信号等。 常见信号除了包括正弦波)sin()(0φω+=t A t x 、指数函数信号t Ke t x α=)(、抽样函数信号t t A t x /)(sin )(=、高斯函数信号τ/)(t Ke t x -=、方波、三角波、锯齿波,还包括一些直流信号。 三 预习练习: 1、预习有关信号的分类和描述。 2、理解信号的函数表达式和相关参数的意义。 四 实验内容及步骤: 1、 根据实验箱上函数信号发生器模块的提示选择相应的信号波形代码。 01:正弦波 02:方波 03:锯齿波 04:三角波

05:阶梯波 06:衰减指数信号 07:高斯函数信号 08:抽样函数信号 09:抽样脉冲 10:调幅信号 11:扫频信号 2、用示波器测量信号,读取信号的幅度和频率,并用坐标纸记录信号波形; 在信号与系统实验箱上的电源模块用电压表(或万用表)与示波器来观 测电源信号的特点,并测量电源的幅度。 3、在示波器上观测扫频信号的波形特征,大致画出扫频信号的波形。 4、利用示波器中的FFT函数,来观看信号的FFT变换形式。 5、用频谱分析仪观测各个信号的频谱(选做)。 五实验仪器: 1、信号系统实验箱(函数信号发生器模块) 2、双踪示波器 六实验报告内容: 1、根据实验测量所得数据,绘制各个信号的波形图。 2、绘制各个波形的FFT变换波形。 3、写出相应的函数表达式与频域变换表达式。 4、用示波器直流档观测函数信号的波形特点,并说明原因(提示:本函数发生器所产生的信号均由单片机AT89C51产生)。

信号与系统实验报告_1(常用信号的分类与观察)

实验一:信号的时域分析 一、实验目的 1.观察常用信号的波形特点及产生方法 2.学会使用示波器对常用波形参数的测量 二、实验仪器 1.信号与系统试验箱一台(型号ZH5004) 2.40MHz双踪示波器一台 3.DDS信号源一台 三、实验原理 对于一个系统特性的研究,其中重要的一个方面是研究它的输入输出关系,即在一特定的输入信号下,系统对应的输出响应信号。因而对信号的研究是对系统研究的出发点,是对系统特性观察的基本手段与方法。在本实验中,将对常用信号和特性进行分析、研究。 信号可以表示为一个或多个变量的函数,在这里仅对一维信号进行研究,自变量为时间。常用信号有:指数信号、正弦信号、指数衰减正弦信号、复指数信号、Sa(t)信号、钟形信号、脉冲信号等。 1、信号:指数信号可表示为f(t)=Ke at。对于不同的a取值,其波形表现为不同的形式,如下图所示: 图1―1 指数信号 2、信号:其表达式为f(t)=Ksin(ωt+θ),其信号的参数:振幅K、角频率ω、与初始相位θ。其波形如下图所示:

图1-2 正弦信号 3、指数衰减正弦信号:其表达式为其波形如下图: 图1-3 指数衰减正弦信号 4、Sa(t)信号:其表达式为:。Sa(t)是一个偶函数,t= ±π,±2π,…,±nπ时,函数值为零。该函数在很多应用场合具有独特的运用。其信号如下图所示:

图1-4 Sa(t)信号 5、钟形信号(高斯函数):其表达式为:其信号如下图所示: 图1-5 钟形信号 6、脉冲信号:其表达式为f(t)=u(t)-u(t-T),其中u(t)为单位阶跃函数。其信号如下图所示: 7、方波信号:信号为周期为T,前T/2期间信号为正电平信号,后T/2期间信号为负电平信号,其信号如下图所示 U(t)

15秋北航《信号与系统》在线作业二100分答案

北航《信号与系统》在线作业二 一、单选题(共10 道试题,共30 分。) 1. 信号〔ε(t)-ε(t-2)〕的拉氏变换的收敛域为________。 A. Re[s]>0 B. Re[s]>2 C. 全S平面 D. 不存在 -----------------选择:C 2. 信号的时宽与信号的频宽之间呈________。 A. 正比关系 B. 反比关系 C. 平方关系 D. 没有关系 -----------------选择:B 3. If f1(t) ←→F1(jω),f2(t) ←→F2(jω) Then________。 A. [a f1(t) + b f2(t) ] ←→ [a F1(jω) *b F2(jω) ] B. [a f1(t) + b f2(t) ] ←→ [a F1(jω) - b F2(jω) ] C. [a f1(t) + b f2(t) ] ←→ [a F1(jω) + b F2(jω) ] D. [a f1(t) + b f2(t) ] ←→ [a F1(jω) /b F2(jω) ] -----------------选择:D 4. 某信号的频谱是周期的离散谱,则对应的时域信号为________。 A. 连续的周期信号 B. 连续的非周期信号 C. 离散的非周期信号 D. 离散的周期信号 -----------------选择:D 5. 信号在时域拥有的总能量,________其频谱在频域内能量的总和。 A. 大于 B. 等于 C. 小于 D. 不等于 -----------------选择:B 6. 理想低通滤波器是________。 A. 因果系统 B. 物理可实现系统 C. 非因果系统 D. 响应不超前于激励发生的系统 -----------------选择:C 7. 连续周期信号的傅氏变换是________。 A. 连续的 B. 周期性的 C. 离散的 D. 与单周期的相同 -----------------选择:C

信号与系统实验报告1

学生实验报告 (理工类) 课程名称:信号与线性系统专业班级:M11通信工程 学生学号:1121413017 学生姓名:王金龙 所属院部:龙蟠学院指导教师:杨娟

20 11 ——20 12 学年第 1 学期 金陵科技学院教务处制 实验报告书写要求 实验报告原则上要求学生手写,要求书写工整。若因课程特点需打印的,要遵照以下字体、字号、间距等的具体要求。纸张一律采用A4的纸张。 实验报告书写说明 实验报告中一至四项内容为必填项,包括实验目的和要求;实验仪器和设备;实验内容与过程;实验结果与分析。各院部可根据学科特点和实验具体要求增加项目。 填写注意事项 (1)细致观察,及时、准确、如实记录。 (2)准确说明,层次清晰。 (3)尽量采用专用术语来说明事物。 (4)外文、符号、公式要准确,应使用统一规定的名词和符号。 (5)应独立完成实验报告的书写,严禁抄袭、复印,一经发现,以零分论处。 实验报告批改说明 实验报告的批改要及时、认真、仔细,一律用红色笔批改。实验报告的批改成绩采用百分制,具体评分标准由各院部自行制定。 实验报告装订要求

实验批改完毕后,任课老师将每门课程的每个实验项目的实验报告以自然班为单位、按学号升序排列,装订成册,并附上一份该门课程的实验大纲。

实验项目名称:常用连续信号的表示 实验学时: 2学时 同组学生姓名: 无 实验地点: A207 实验日期: 11.12.6 实验成绩: 批改教师: 杨娟 批改时间: 一、实验目的和要求 熟悉MATLAB 软件;利用MATLAB 软件,绘制出常用的连续时间信号。 二、实验仪器和设备 586以上计算机,装有MATLAB7.0软件 三、实验过程 1. 绘制正弦信号)t Asin t (f 0?ω+=(),其中A=1,πω2=,6/π?=; 2. 绘制指数信号at Ae t (f =),其中A=1,0.4a -=; 3. 绘制矩形脉冲信号,脉冲宽度为2; 4. 绘制三角波脉冲信号,脉冲宽度为4;斜度为0.5; 5. 对上题三角波脉冲信号进行尺度变换,分别得出)2t (f ,)2t 2(f -; 6. 绘制抽样函数Sa (t ),t 取值在-3π到+3π之间; 7. 绘制周期矩形脉冲信号,参数自定; 8. 绘制周期三角脉冲信号,参数自定。 四、实验结果与分析 1.制正弦信号)t Asin t (f 0?ω+=(),其中A=1,πω2=,6/π?= 实验代码: A=1;

北京理工大学信号与系统实验实验报告

实验1 信号的时域描述与运算 一、实验目的 1. 掌握信号的MATLAB表示及其可视化方法。 2. 掌握信号基本时域运算的MA TLAB实现方法。 3. 利用MA TLAB分析常用信号,加深对信号时域特性的理解。 二、实验原理与方法 1. 连续时间信号的MATLAB表示 连续时间信号指的是在连续时间范围内有定义的信号,即除了若干个不连续点外,在任何时刻信号都有定义。在MATLAB中连续时间信号可以用两种方法来表示,即向量表示法和符号对象表示法。 从严格意义上来说,MATLAB并不能处理连续时间信号,在MATLAB中连续时间信号是用等时间间隔采样后的采样值来近似表示的,当采样间隔足够小时,这些采样值就可以很好地近似表示出连续时间信号,这种表示方法称为向量表示法。表示一个连续时间信号需要使用两个向量,其中一个向量用于表示信号的时间范围,另一个向量表示连续时间信号在该时间范围内的采样值。例如一个正弦信号可以表示如下: >> t=0:0.01:10; >> x=sin(t); 利用plot(t,x)命令可以绘制上述信号的时域波形,如图1所示。 如果连续时间信号可以用表达式来描述,则还可以采用符号表达式來表示信号。例如对于上述正弦信号,可以用符号对象表示如下: >> x=sin(t); >> ezplot(X); 利用ezplot(x)命令可以绘制上述信号的时域波形 Time(seconds) 图1 利用向量表示连续时间信号

t 图 2 利用符号对象表示连续时间信号 sin(t) 2.连续时间信号的时域运算 对连续时间信号的运算包括两信号相加、相乘、微分、积分,以及位移、反转、尺度变换(尺度伸缩)等。 1)相加和相乘 信号相加和相乘指两信号对应时刻的值相加和相乘,对于两个采用向量表示的可以直接使用算术运算的运算符“+”和“*”来计算,此时要求表示两信号的向量时间范围和采样间隔相同。采用符号对象表示的两个信号,可以直接根据符号对象的运算规则运算。 2)微分和积分 对于向量表示法表示的连续时间信号,可以通过数值计算的方法计算信号的微分和积分。这里微分使用差分来近似求取的,由时间向量[N t t t ,,,21?]和采样值向量[N x x x ,,,21?]表示的连续时间信号,其微分可以通过下式求得 1,,2,1,|)('1-?=?-≈ +=N k t x x t x k k t t k 其中t ?表示采样间隔。MA TLAB 中用diff 函数来计算差分 k k x x -+1。 连续时间信号的定积分可以由MATLAB 的qud 函数实现,调用格式为 quad ('function_name',a,b) 其中,function_name 为被积函数名,a 、b 为积分区间。

北理工信号与系统实验(5)

实验5 连续时间系统的复频域分析 一、实验目的 1.掌握拉普拉斯变换及其反变换的定义,并掌握MATLAB实现方法。 2.学习和掌握连续时间系统函数的定义及复频域分析方法。 3.掌握系统零极点的定义,加深理解系统零极点分布与系统特性的关系。 二、实验原理与方法 1.拉普拉斯变换 连续时间信号x(t)的拉普拉斯变换、反变换定义为 MATLAB中,可以采用符号数学工具箱的laplace函数和ilaplace函数进行拉氏变换和拉氏反变换。 L=laplace(F)符号表达式F的拉氏变换,F中时间变量为t,返回变量为s的结果表达式。 L=laplace(F,t)用t替换结果中的变量t。 F=ilaplace(L)以s为变量的符号表达式L的拉氏反变换,返回时间变量为t的结果表达式。 F=ilaplace(L,x)用x替换结果中的变量t。 2.连续时间系统的系统函数 连续时间系统的系统函数是系统单位冲击响应的拉氏变换 连续时间系统的系统函数还可以由输入和输出信号的拉氏变换之比得到 单位冲击响应h(t)反映了系统的固有性质,而H(s)从复频域反映了系统的固有性质。由上式描述的连续时间系统,其系统系数为s的有理函数

3.连续时间系统的零极点分析 系统的零点指使上式的分子多项式为零的点,极点指使分母多项式为零的点,零点使系统的值为零,极点使系统的值为无穷大。通常将系统函数的零极点绘在s平面上,零点用○表示,极点用×表示,得到零极点分布图。 由零点定义可知,零点和极点分别指上式分子和分母多项式的根,利用MATLAB求多项式的根可以通过roots来实现,该函数调用格式为: r=roots(c) c为多项式的系数向量,返回值r为多项式的根向量。 分别对上式的分子、分母多项式求根即可求得零极点。 此外,在MATLAB中还提供了pzmap函数来求取零极点和绘制系统函数的零极点分布图,该函数的调用格式为: Pzmap(sys) 绘出系统模型sys描述的系统的零极点分布图。 [p,z]=pzmap(sys) 这种调用方法返回极点和零点,而不绘出零极点分布图。其中sys为系统传函模型,由t命令sys=tf(b,a)实现,b、a为传递函数的分子和分母多项式的系数向量。 MATLAB还提供了两个专用函数tf2zp和zp2tf来实现系统传递函数模型和灵机电网增益模型的转换,其调用格式为 [z,p,k]=th2zp(b,a) [b,a]=th2zp(z,p,k) 其中b、a为传递函数的分子和分母多项式的系数向量,返回值z为零点列向量,p为极点列向量,k为系统函数零极点形式的增益。 三、实验内容 1.已知系统的冲激响应h(t)u(t)u(t2) =,试采用复频域的 =--,输入信号x(t)u(t) 方法求解系统的响应,编写MATLAB程序实现。 解:MATLAB程序如下: h=sym('heaviside(t)-heaviside(t-2)'); H=laplace(f) x=sym('heaviside(t)'); X=laplace(x) Y=H*X

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