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

1、信號與系統(tǒng)課程研究性學(xué)習(xí)手冊姓名 學(xué)號 同組成員 指導(dǎo)教師 時間 1. 信號的時域分析專題研討【目的】(1) 掌握基本信號及其特性，了解實際信號的建模。(2) 掌握基本信號的運算，加深對信號時域分析基本原理和方法的理解，并建立時頻之間的感性認識。(3) 學(xué)會仿真軟件MATLAB的初步使用方法，掌握利用MATLAB進行信號表示和信號運算。【研討內(nèi)容】題目1：基本信號的產(chǎn)生，語音的讀取與播放1） 生成一個正弦信號，改變正弦信號的角頻率和初始相位，觀察波形變化，并聽其聲音的變化。2） 生成一個幅度為1、基頻為2Hz、占空比為50%的周期方波。3） 觀察一定時期內(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。4） 分別錄制一段男聲、女聲信號，進行音頻信號的讀取與播放，畫出其時域波形?！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)播放正弦信號和聲音信號。【題目分析】【仿真程序】【仿真結(jié)果】【結(jié)果分析】提示：應(yīng)從以下幾方面對結(jié)果進行分析：(1) 隨著正弦信號角頻率的變化，其波形有什么變化，聽到的聲音又有變化？它們之間有什么關(guān)系？(2) 男聲和女聲信號的時域波形有什么區(qū)別？【自主學(xué)習(xí)內(nèi)容】【閱讀文獻】【發(fā)現(xiàn)問題】 (專題研討或相關(guān)知識點學(xué)習(xí)中發(fā)現(xiàn)的問題)：根據(jù)聲音信號的什么特征能有效區(qū)分出男聲和女聲？【

3、問題探究】 【研討內(nèi)容】題目2：信號的基本運算（語音信號的翻轉(zhuǎn)、展縮）1） 將原始音頻信號在時域上進行延展、壓縮，2） 將原始音頻信號在時域上進行幅度放大與縮小，3） 將原始音頻信號在時域上進行翻轉(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】【發(fā)現(xiàn)問題】 (專題研討或相關(guān)知識點學(xué)習(xí)中發(fā)現(xiàn)的問題)：【問題探究】 2.系統(tǒng)的時域分析專題研討【目的】(1) 掌握系統(tǒng)響應(yīng)的時域求解，加深對系統(tǒng)時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)值計算的方法。(3) 學(xué)會仿真軟件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)問題、分析問題和解決問題的能力?！狙杏憙?nèi)容】題目1：系統(tǒng)響應(yīng)時域求解1） 求一個RLC電路的零輸入響應(yīng)和零狀態(tài)響應(yīng)，2） 將原始音頻信號中混入噪聲，然后用M點滑動平均系統(tǒng)對受噪聲干擾的信號去噪，改變M點數(shù)，比較不同點數(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】【發(fā)現(xiàn)問題】 (專題研討或相關(guān)知識點學(xué)習(xí)中發(fā)現(xiàn)的問題)：【問題探究】 【研討內(nèi)容】題目2：連續(xù)信號卷積的近似計算兩個連續(xù)信號的卷積定義為為了進行數(shù)值計算，需對連續(xù)信號進行抽樣。記xk=x(kD), hk=h(kD), D為進行數(shù)值計算的抽樣間隔。則連續(xù)信號卷

5、積可近似的寫為(1)這就可以利用conv函數(shù)可近似計算連續(xù)信號的卷積。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)不是時限信號，則用上面的方法進行近似計算會遇到什么問題？給出一種解決問題的方案；(e) 若將x(t)和h(t)近似表示為推導(dǎo)近似計算卷積的算法。取相同的抽樣間隔，比較兩種方法的計算卷積誤差?！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】【發(fā)現(xiàn)

6、問題】 (專題研討或相關(guān)知識點學(xué)習(xí)中發(fā)現(xiàn)的問題)：【問題探究】3.信號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及吉伯斯現(xiàn)象。(2) 掌握帶限信號，帶通信號、未知信號等不同特性的連續(xù)時間信號的抽樣，以及抽樣過程中的參數(shù)選擇與確定。認識混疊誤差，以及減小混疊誤差的措施。(3) 加深對信號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)，分析與解決實際問題的能力。【研討內(nèi)容】基礎(chǔ)題題目1：吉伯斯現(xiàn)象(1)以定義信號的有效帶寬，試確定下圖所示信號的有效帶寬，取A=1，T=2。(2)畫出有效帶寬內(nèi)有限項諧波合成的近似波形，并對結(jié)果加以討論

7、和比較。(3)增加諧波的項數(shù)，觀察其合成的近似波形，并對結(jié)果加以討論和比較。(a) 周期矩形信號 (b) 周期三角波信號【知識點】連續(xù)周期信號的頻域分析，有效帶寬，吉伯斯現(xiàn)象【信號頻譜及有效帶寬計算】【仿真程序】【仿真結(jié)果】【結(jié)果分析】提示：應(yīng)從以下幾方面對結(jié)果進行分析：(1) 圖(a) 和圖(b)信號有效帶寬內(nèi)有限項諧波合成波形與原波形的近似度比較。(2) 分析圖(a) 和圖(b)信號的時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】【發(fā)現(xiàn)問題】【問題探究】 【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) 畫出各音階的時域波形，并進行比較。(3) 對所采集的音階信號進行頻譜分析，比較各音階的頻譜?！局R點】連續(xù)時間信號的頻域分析【溫馨提示】利用MATLAB提供的函數(shù)fft計算頻譜?！绢}目分析】【仿真程序】【仿真結(jié)果】【結(jié)果分析】提示：應(yīng)從以下幾方面對結(jié)果進行分析：(1) 你所選擇樂器演奏的音階，其時域波形的包絡(luò)有何特點？(2) 你所選擇樂器演奏的音階，其頻譜有何特點？基波是多少？諧波是多少？【自主學(xué)習(xí)內(nèi)容】【閱讀文獻】【發(fā)現(xiàn)問題】(1) 改變音階的包絡(luò)，相應(yīng)音階聽起來會有什么變化？(2

9、) 音階頻譜中的諧波分量有什么作用？(3) 你所分析的樂器各音階對應(yīng)的頻率是多少，之間存在什么關(guān)系？【問題探究】【研討內(nèi)容】拓展題題目3：連續(xù)時間信號的抽樣(1) 對帶限信號（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的頻譜X(ejW)，并將兩者進行比較。 (2) 將正弦信號按抽樣頻率fs=8kHz進行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 兩組信號抽樣所得離散序列的聲音，解釋所出現(xiàn)的現(xiàn)象。(3) 對于許多具有帶通特性的信號，舉例

10、驗證可否不需要滿足?【知識點】連續(xù)非周期信號的頻譜，離散非周期信號的頻譜，時域抽樣，頻域抽樣【溫馨提示】 (1) 利用MATLAB提供的函數(shù)fft計算抽樣所得序列xk的頻譜。(2) 利用MATLAB函數(shù) sound(x, fs)播放正弦信號和聲音信號。(3) 可以利用儀器或仿真軟件產(chǎn)生具有帶通特性的信號?！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】【發(fā)現(xiàn)問題】 若連續(xù)時間信號的最高頻率未知，該如何確定對信號進行抽樣的最大間隔？ 【問題探究】帶通信號抽樣頻率確定的理論分析?！狙杏憙?nèi)容】擴展題題目4：男生女生聲音信號的轉(zhuǎn)換(1) 采集wav格式的男女生語音信號。(2

11、) 對所采集的男女生信號進行頻譜分析，比較男女生頻譜的特點。(3) 實現(xiàn)男生女生聲音信號的轉(zhuǎn)換?！局R點】連續(xù)非周期信號的頻譜，離散非周期信號的頻譜，時域抽樣，頻域抽樣【溫馨提示】可以根據(jù)傅里葉變換公式，利用數(shù)值積分計算；也可以利用MATLAB提供的函數(shù)fft計算?！灸猩曇粜盘栟D(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】【發(fā)現(xiàn)問題】函數(shù)fft計算出的離散頻譜Xm和原連續(xù)信號的頻譜X(jw)之間有何對應(yīng)關(guān)系？【問題探究】4.系統(tǒng)的頻域分析專題研討【目的】(1) 加深對系統(tǒng)頻域分析基本原理和方法的理解。(2) 加深對信號幅度調(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)，分析與解決工程實際問題的能力?！狙杏憙?nèi)容】題目1幅度調(diào)制和連續(xù)信號的Fourier變換本題研究莫爾斯碼的幅度調(diào)制與解調(diào)。本題中信號的形式為其中信號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： 定義了一個連續(xù)系統(tǒng)H(s)的分子多項式和分母多項式。可利用freqs(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求出信號通過該系統(tǒng)的響應(yīng)。dash dot： 給出了莫爾斯碼中的基本信號dash和dot的波形f1 f2： 載波頻率t: 信號x(t)的抽樣點x: 信號x(t)的在抽樣點上的值信號x(t)含有一段簡單的消息。Agend 007的最后一句話是The future of technology lies in ···還未說出最后一個字，Agend 007就昏倒了。你(Agend 008)目前的任務(wù)就是要破解Agend 007的最后一個字。該字的信息包含在信號x(t)中。信號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m

14、1(t)，m2(t)和m3(t)對應(yīng)于字母表中的單個字母，這個字母表已用國際莫爾斯碼進行編碼，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，畫出字母B莫爾斯碼波形；(2) 用freqs(bf,af,w)畫出系統(tǒng)的幅度響應(yīng)；(3) 利用lsim求出信號dash通過由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)出下列信號的Fourier變換(5)利用(4)中的結(jié)果，設(shè)計一個從x(t)中提取信號m1(t)的方案，畫出m1(t

16、)的波形并確定其所代表的字母；(6)對信號m2(t)和m3(t)重復(fù)(5)。請問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】【發(fā)現(xiàn)問題】 (專題研討或相關(guān)知識點學(xué)習(xí)中發(fā)現(xiàn)的問題)：【問題探究】 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)，分析與解決工程實際問題的能力?！狙杏憙?nèi)容】題目1連續(xù)系統(tǒng)函數(shù)零極點與系統(tǒng)特性研究(1)討論系統(tǒng)的零極點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)只改變零點或改變極點，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?！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】【發(fā)現(xiàn)問題】 (專題研討或相關(guān)知識點學(xué)習(xí)中發(fā)現(xiàn)的問題)：【問題探究】【研討內(nèi)容】題目2離散系統(tǒng)函數(shù)零極點與系統(tǒng)特性研究(1)討論系統(tǒng)的零極點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)只改變零點或改變極點，觀察系統(tǒng)單位脈沖響應(yīng)hk的波形圖，得出你的結(jié)論。