《數(shù)字信號(hào)處理》

《數(shù)字信號(hào)處理》—實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)數(shù)字信號(hào)處理課程組信息學(xué)院班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào)：實(shí)驗(yàn)序號(hào)12345成績(jī)綜合評(píng)定：成績(jī)：指導(dǎo)教師簽字：實(shí)驗(yàn)一典型離散信號(hào)及其MATLAB實(shí)現(xiàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆誐ATLAB語(yǔ)言的基本操作，學(xué)習(xí)基本的編程功能。掌握MATLAB產(chǎn)生常用離散時(shí)間信號(hào)的編程方法。掌握MATLAB計(jì)算卷積的方法。二、實(shí)驗(yàn)原理（一）MATLAB常用離散時(shí)間信號(hào)單位抽樣序列:在MATLAB中可以利用zeros()函數(shù)實(shí)現(xiàn)。如果在時(shí)間軸上延遲了k個(gè)單位，得到即： 2．單位階躍序列:在MATLAB中可以利用ones()函數(shù)實(shí)現(xiàn)。 3．正弦序列:在MATLAB中: 4．復(fù)正弦序列:在MATLAB中:5．指數(shù)序列:在MATLAB中:6.y=fliplr(x)——信號(hào)的翻轉(zhuǎn)；y=square(x)——產(chǎn)生方波信號(hào)y=sawtooth(x)——產(chǎn)生鋸齒波信號(hào)；y=sinc(x)——產(chǎn)生sinc函數(shù)信號(hào)。（二）離散時(shí)間信號(hào)的卷積由于系統(tǒng)的零狀態(tài)響應(yīng)是激勵(lì)與系統(tǒng)的單位取樣響應(yīng)的卷積，因此卷積運(yùn)算在離散時(shí)間信號(hào)處理領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。離散時(shí)間信號(hào)的卷積定義為可見(jiàn)，離散時(shí)間信號(hào)的卷積運(yùn)算是求和運(yùn)算，因而常稱為“卷積和”。MATLAB求離散時(shí)間信號(hào)卷積和的命令為conv，其語(yǔ)句格式為y=conv(x,h)其中，x與h表示離散時(shí)間信號(hào)值的向量；y為卷積結(jié)果。用MATLAB進(jìn)行卷積和運(yùn)算時(shí)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)無(wú)限的累加，只能計(jì)算時(shí)限信號(hào)的卷積。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容離散信號(hào)的產(chǎn)生離散信號(hào)的圖形顯示使用stem指令。編寫(xiě)MATLAB程序，產(chǎn)生下列典型脈沖序列。單位脈沖序列：起點(diǎn)n0，終點(diǎn)nf，在ns處有一單位脈沖。單位階躍序列：起點(diǎn)n0，終點(diǎn)nf，在ns前為0，在ns處及以后均為1(n0<=ns<=nf)。實(shí)指數(shù)序列：復(fù)指數(shù)序列：其MATLAB程序如下：n0=0;nf=10;ns=3;n1=n0:nf;x1=[(n1-ns)==0];%單位脈沖序列n2=n0:nf;x2=[(n2-ns)>=0];%單位階躍序列n3=n0:nf;x3=(0.75).^n3;%實(shí)指數(shù)序列n4=n0:nf;x4=exp((-0.2+0.7j)*n4);%復(fù)指數(shù)序列subplot(2,2,1),stem(n1,x1);subplot(2,2,2),stem(n2,x2);subplot(2,2,3),stem(n3,x3);figuresubplot(2,2,1),stem(n4,real(x4));subplot(2,2,2),stem(n4,imag(x4));subplot(2,2,3),stem(n4,abs(x4));subplot(2,2,4),stem(n4,angle(x4));（二）離散時(shí)間信號(hào)的卷積用MATLAB編寫(xiě)卷積運(yùn)算函數(shù)。function[y,ny]=conv_improve(x,nx,h,nh)%[x,nx]為第一個(gè)信號(hào)%[h,nh]為第二個(gè)信號(hào)%conv(x,h)可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)有限長(zhǎng)度序列的卷積ny1=nx(1)+nh(1);ny2=nx(length(x))+nh(length(h));ny=[ny1:ny2];y=conv(x,h);在命令窗口調(diào)用卷積函數(shù)。x=[340-2235];nx=[-3:3];h=[145601];nh=[N:N+5];N是你的學(xué)號(hào)最后兩位，帶入后求結(jié)果。結(jié)果為：四、實(shí)驗(yàn)分析觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果，掌握、分析典型的離散時(shí)間信號(hào)，分析卷積運(yùn)算。五、實(shí)驗(yàn)總結(jié)總結(jié)實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)、過(guò)程、效果、問(wèn)題、收獲、體會(huì)、意見(jiàn)和建議。實(shí)驗(yàn)二離散時(shí)間信號(hào)和離散時(shí)間系統(tǒng)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.掌握計(jì)算線性時(shí)不變系統(tǒng)的沖激響應(yīng)的方法。2.理解時(shí)域采樣的概念及方法。3.掌握離散時(shí)間信號(hào)的z變換和z逆變換分析4.了解離散時(shí)間傅里葉變換(DTFT)二、實(shí)驗(yàn)原理（一）信號(hào)采樣采樣就是利用周期性抽樣脈沖序列pT(t),從連續(xù)信號(hào)xa(t)中抽取一系列的離散值，得到抽樣信號(hào)（或稱抽樣數(shù)據(jù)信號(hào)）即離散時(shí)間信號(hào)。（二）線性時(shí)不變離散時(shí)間系統(tǒng)線性系統(tǒng)：滿足線性疊加原理的系統(tǒng)。若y1(n)和y2(n)分別是輸入序列x1(n)和x2(n)的響應(yīng)，則輸入x(n)=ax1(n)+bx2(n)的輸出響應(yīng)為y(n)=ay1(n)+by2(n)。時(shí)不變系統(tǒng)：即系統(tǒng)參數(shù)不隨時(shí)間變化的系統(tǒng)，亦即系統(tǒng)對(duì)于輸入信號(hào)的響應(yīng)與信號(hào)加于系統(tǒng)的時(shí)間無(wú)關(guān)。即滿足：若y(n)是x(n)的響應(yīng),則y(n-m)是輸入x(n-m)的響應(yīng)，其中m是任意整數(shù)。數(shù)字濾波器對(duì)單位樣本序列的響應(yīng)稱為沖激響應(yīng)，用h(n)表示。線性時(shí)不變離散系統(tǒng)對(duì)輸入信號(hào)x(n)的響應(yīng)y(n)可用h(n)來(lái)表示：。（三）z變換和逆z變換序列的z變換定義為：其中，z是復(fù)變量。相應(yīng)地，單邊z變換定義為：MATLAB提供了計(jì)算離散時(shí)間信號(hào)單邊z變換的函數(shù)ztrans和z反變換函數(shù)iztrans：Z=ztrans(x)，x=iztrans(z)。上式中的x和Z分別為時(shí)域表達(dá)式和z域表達(dá)式的符號(hào)表示，可通過(guò)sym函數(shù)來(lái)定義。如果信號(hào)的z域表示式是有理函數(shù)，進(jìn)行z反變換的另一個(gè)方法是對(duì)進(jìn)行部分分式展開(kāi)，然后求各簡(jiǎn)單分式的z反變換。設(shè)的有理分式表示為（4-3）MATLAB信號(hào)處理工具箱提供了一個(gè)對(duì)進(jìn)行部分分式展開(kāi)的函數(shù)residuez，其語(yǔ)句格式為[R,P,K]=residuez(B,A)其中，B，A分別表示X(z)的分子與分母多項(xiàng)式的系數(shù)向量；R為部分分式的系數(shù)向量；P為極點(diǎn)向量；K為多項(xiàng)式的系數(shù)。若X(z)為有理真分式，則K為零。離散時(shí)間傅里葉變換(DTFT)1.序列x[n]的離散時(shí)間傅里葉變換定義為：是變量的連續(xù)函數(shù)。并可寫(xiě)為實(shí)部和虛部相加的形式：也可以表示為：。其中，。稱為幅度函數(shù)，稱為相位函數(shù)，又分別稱為幅度譜和相位譜，都是的實(shí)函數(shù)。2.的離散時(shí)間傅里葉逆變換為：3.由于是連續(xù)函數(shù)，而在MATLAB中數(shù)據(jù)只能以向量的形式存在，所以只能在一個(gè)給定L個(gè)離散頻率點(diǎn)的離散頻率集合中計(jì)算，需要盡可能大地選取L的值以表示連續(xù)函數(shù)三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（一）線性時(shí)不變系統(tǒng)的沖激響應(yīng)的計(jì)算設(shè)系統(tǒng)為y(n)-0.5y(n-1)+0.75y(n-2)=2.5x(n)+2.5x(n-1)+2x(n-2)，計(jì)算上述系統(tǒng)的沖激響應(yīng)。參考程序如下：N=40;num=[2.52.52];den=[1-0.50.75];y=impz(num,den,N);%畫(huà)出沖激響應(yīng)stem(y);xlabel('時(shí)間序號(hào)n');ylabel('振幅');title('沖激響應(yīng)');grid;（二）時(shí)域采樣對(duì)連續(xù)正弦時(shí)間信號(hào)x(t)=cos(2πft)進(jìn)行采樣，其中f=13。t=0:0.0005:1;f=13;xa=cos(2*pi*f*t);subplot(2,1,1)plot(t,xa);gridxlabel('時(shí)間，msec');ylabel('振幅');title('連續(xù)時(shí)間信號(hào)');axis([01-1.21.2])subplot(2,1,2);T=0.1;n=0:T:1;xs=cos(2*pi*f*n);k=0:length(n)-1;stem(k,xs);gridxlabel('時(shí)間序號(hào)n');ylabel('振幅');title('離散時(shí)間信號(hào)');axis([0length(n)-1-1.21.2])（三）z變換和z反變換1.用ztrans函數(shù)求函數(shù)的z變換。MATLAB參考程序如下：x=sym('a^n*cos(pi*n)');Z1=ztrans(x);Z=simplify(Z1);2.用iztrans函數(shù)求函數(shù)的z反變換。MATLAB參考程序如下：Z=sym('z*(2*z^2-11*z+12)/(z-1)/(z-2)^3');x=iztrans(Z);simplify(x)3.用MATLAB命令對(duì)函數(shù)進(jìn)行部分分式展開(kāi)，并求出其z反變換。MATLAB參考程序如下：B=[18];A=[18,3,-4,-1];[R,P,K]=residuez(B,A)（四）序列的離散時(shí)間傅里葉變換（DTFT）求序列x(n)=(-0.8)n，的離散時(shí)間傅里葉變換，并畫(huà)出它的實(shí)部、虛部、幅度和相位。n=-10:10;x=(-0.8).^n;k=-200:200;w=(pi/100)*k;X=x*(exp(-j*pi/100)).^(n'*k);subplot(4,1,1)plot(w/pi,real(X));grid;title('X(e^{j\omega})實(shí)部')xlabel('\omega/\pi');ylabel('振幅');subplot(4,1,2)plot(w/pi,imag(X));gridtitle('X(e^{j\omega})虛部')xlabel('\omega/\pi');ylabel('振幅');subplot(4,1,3)plot(w/pi,abs(X));gridtitle('X(e^{j\omega})幅度譜')xlabel('\omega/\pi');ylabel('振幅');subplot(4,1,4)plot(w/pi,angle(X));gridtitle('相位譜arg[X(e^{j\omega})]')xlabel('\omega/\pi');ylabel('以弧度為單位的相位');四、實(shí)驗(yàn)分析1.觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分析系統(tǒng)的線性、時(shí)不變性，求出系統(tǒng)的沖激響應(yīng)。2.對(duì)正弦信號(hào)進(jìn)行采樣。3.求出程序（三）中的（三）z變換和z反變換表達(dá)式。4.觀察程序（四）離散時(shí)間信號(hào)的傅里葉變換的結(jié)果并分析。五、實(shí)驗(yàn)總結(jié)總結(jié)實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)、過(guò)程、效果、問(wèn)題、收獲、體會(huì)、意見(jiàn)和建議。實(shí)驗(yàn)三離散傅里葉變換（DFT）及其快速算法(FFT)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．理解DFT算法，并能用MATLAB實(shí)現(xiàn)DFT。2.加深對(duì)FFT的理解，體會(huì)DFT和FFT之間的關(guān)系。3．熟悉應(yīng)用FFT實(shí)現(xiàn)兩個(gè)序列的線性卷積的方法。二、實(shí)驗(yàn)原理N點(diǎn)序列x(n)的DFT和IDFT定義：若將DFT變換的定義寫(xiě)成矩陣形式，則得到X=A﹒x，其中DFT變換矩陣A為可以用函數(shù)U=fft(u,N)和u=ifft(U,N)計(jì)算N點(diǎn)序列的DFT正、反變換。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（一）離散傅里葉變換（DFT）1.用MATLAB求N=16的有限序列的DFT結(jié)果，并畫(huà)出結(jié)果圖。參考程序如下：N=16;n=0:1:N-1;%時(shí)域采樣xn=sin(n*pi/8)+sin(n*pi/4);k=0:1:N-1;%頻域采樣WN=exp(-j*2*pi/N);nk=n'*k;WNnk=WN.^nk;Xk=xn*WNnk;subplot(2,1,1)stem(n,xn);subplot(2,1,2)stem(k,abs(Xk));2.矩形序列x(n)=R5(n),求N分別取8，32時(shí)的DFT，最后繪出結(jié)果圖形。參考程序如下：function[Xk]=dft(xn,N)n=[0:1:N-1];%n的行向量k=[0:1:N-1];%k的行向量WN=exp(-j*2*pi/N);%旋轉(zhuǎn)因子nk=n'*k;%產(chǎn)生一個(gè)含nk值的N乘N維矩陣WNnk=WN.^nk;%DFT矩陣Xk=xn*WNnk;%DFT系數(shù)的行向量調(diào)用上面函數(shù)解題。N=8;x=[ones(1,5),zeros(1,N-5)];n=0:N-1;X=dft(x,N);%N＝8點(diǎn)離散傅立葉變換magX=abs(X);phaX=angle(X)*180/pi;k=(0:length(magX)'-1)*N/length(magX);subplot(2,2,1);stem(n,x);ylabel('x(n)');subplot(2,2,2);stem(k,magX);axis([0,10,0,5]);ylabel('|X(k)|');N=32;x=[ones(1,5),zeros(1,N-5)];n=0:N-1;X=dft(x,N);%N＝32點(diǎn)離散傅立葉變換magX=abs(X);phaX=angle(X)*180/pi;k=(0:length(magX)'-1)*N/length(magX);subplot(2,2,3);stem(n,x);ylabel('x(n)');subplot(2,2,4);stem(k,magX);axis([0,32,0,5]);ylabel('|x(k)|');（二）快速傅里葉變換（FFT）1.已知一個(gè)8點(diǎn)的時(shí)域非周期離散階躍信號(hào)，n1=0，n2=7,在n0=4前為0，n0以后為1。用N=32點(diǎn)進(jìn)行FFT變換，作其時(shí)域信號(hào)圖及信號(hào)頻譜圖。參考程序如下：n1=0;n0=4;n2=7;N=32;n=n1:n2;w=[(n-n0)>=0];%建立時(shí)間信號(hào)subplot(2,1,1);stem(n,w);i=0:N-1;%頻率采樣點(diǎn)從0開(kāi)始y=fft(w,N);%用快速算法計(jì)算DFTaw=abs(y);%求幅度值subplot(2,1,2);stem(i,aw);2.利用FFT計(jì)算線性卷積。設(shè)x(n)=[23145];h(n)=[21745723]。計(jì)算二者的線性卷積。參考程序如下：x=[23145];h=[21745723];Lenx=length(x);%求序列x的長(zhǎng)度Lenh=length(h);%求序列h的長(zhǎng)度N=Lenx+Lenh-1;Xk=fft(x,N);%計(jì)算x序列的DFTHk=fft(h,N);%計(jì)算h序列的DFTYk=Xk.*Hk;y=ifft(Yk)%求IDFTstem(y);xlabel('n');ylabel('y(n)');title('x(n)*h(n)');grid四.實(shí)驗(yàn)分析認(rèn)真觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果，記錄結(jié)果，并畫(huà)出結(jié)果圖形，分析實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的現(xiàn)象的原因。五.實(shí)驗(yàn)總結(jié)總結(jié)實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)、過(guò)程、效果及體會(huì)、意見(jiàn)建議。實(shí)驗(yàn)四IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖煜utterworth濾波器、Chebyshev濾波器的頻率特性。掌握雙線性變換法及沖激響應(yīng)不變法設(shè)計(jì)IIR數(shù)字濾波器的具體設(shè)計(jì)方法及其原理，熟悉用雙線性變換法及沖激響應(yīng)不變法設(shè)計(jì)低通、高通和帶通IIR數(shù)字濾波器的計(jì)算機(jī)編程。觀察雙線性變換及沖激響應(yīng)不變法設(shè)計(jì)的濾波器的頻域特性，了解雙線性變換法及沖激響應(yīng)不變法的特點(diǎn)。二、實(shí)驗(yàn)原理(1)沖激響應(yīng)不變法用數(shù)字濾波器的單位沖激響應(yīng)序列h(n)模仿模擬濾波器的沖激響應(yīng)ha(t),讓h(n)正好等于ha(t)的采樣值，即h(n)=ha(nT)其中T為采樣間隔，如果以Ha(S)及H(z)分別表示ha(t)的拉式變換及h(n)的Z變換，則(2)雙線性變換法S平面與z平面之間滿足以下映射關(guān)系：s平面的虛軸單值地映射于z平面的單位圓上，s平面的左半平面完全映射到z平面的單位圓內(nèi)。雙線性變換不存在混疊問(wèn)題。雙線性變換時(shí)一種非線性變換，這種非線性引起的幅頻特性畸變可通過(guò)預(yù)畸而得到校正。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.設(shè)采樣頻率fs=4000+sn*100Hz,sn為學(xué)號(hào)后兩位。用脈沖響應(yīng)不變法和雙線性變換法設(shè)計(jì)一個(gè)三階巴特沃茲濾波器，其3dB邊界頻率為fc=1kHz。用MATLAB程序?qū)崿F(xiàn)如下：sn=20;%學(xué)號(hào)后兩位[B,A]=butter(3,2*pi*1000,'s');%巴特沃思濾波器%[b,a]=butter(n,Wn,‘s’)，n為濾波器的階數(shù)，Wn%為邊界頻率，按s的降冪排列fs=4000+sn*100;[num1,den1]=impinvar(B,A,fs);%脈沖響應(yīng)不變法,4000為采樣頻率[h1,w]=freqz(num1,den1);%計(jì)算系統(tǒng)頻率特性[B,A]=butter(3,2/0.00025,'s');%2/0.00025預(yù)畸變模擬濾波器邊界頻率[num2,den2]=bilinear(B,A,fs);%雙線性法[h2,w]=freqz(num2,den2);f=w/pi*2000;plot(f,abs(h1),'-.',f,abs(h2),'-');grid;xlabel('頻率/Hz');ylabel('幅值/dB');運(yùn)行該程序，并繪出運(yùn)行結(jié)果。2.設(shè)計(jì)一數(shù)字高通濾波器，它的通帶為400～500Hz，通帶內(nèi)容許有0.5dB的波動(dòng)，阻帶內(nèi)衰減在小于317Hz的頻帶內(nèi)至少為19dB，采樣頻率為1,000Hz。MATLAB參考程序如下： wc=2*1000*tan(2*pi*400/(2*1000));wt=2*1000*tan(2*pi*317/(2*1000)); [N,wn]=cheb1ord(wc,wt,0.5,19,'s'); [B,A]=cheby1(N,0.5,wn,'high','s'); [num,den]=bilinear(B,A,1000); [h,w]=freqz(num,den); f=w/pi*500; plot(f,20*log10(abs(h))); axis([0,500,-80,10]); grid; xlabel('頻率/Hz') ylabel('幅度/dB')四、實(shí)驗(yàn)分析分析Butterworth濾波器、Chebyshev濾波器的特性。五、實(shí)驗(yàn)總結(jié)總結(jié)實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)、效果、收獲及體會(huì)、意見(jiàn)、建議。實(shí)驗(yàn)五FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)（設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)）實(shí)驗(yàn)名稱：FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目性質(zhì)：編程設(shè)計(jì)所屬課程名稱：數(shù)字信號(hào)處理計(jì)劃學(xué)時(shí)：4實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆沼么昂瘮?shù)法、頻率采樣法設(shè)計(jì)FIR濾波器的原理及方法，熟悉響應(yīng)的計(jì)算機(jī)編程；熟悉線性相位FIR濾波器的幅頻特性和相頻特性；了解各種不同窗函數(shù)對(duì)濾波器性能的影響。預(yù)習(xí)與參考2.1窗口法窗函數(shù)法設(shè)計(jì)線性相位FIR濾波器步驟確定數(shù)字濾波器的性能要求：臨界頻率{ωk}，濾波器單位脈沖響應(yīng)長(zhǎng)度N；根據(jù)性能要求，合理選擇單位脈沖響應(yīng)h(n)的奇偶對(duì)稱性，從而確定理想頻率響應(yīng)Hd(ejω)的幅頻特性和相頻特性；求理想單位脈沖響應(yīng)hd(n)，在實(shí)際計(jì)算中，可對(duì)Hd(ejω)按M(M遠(yuǎn)大于N)點(diǎn)等距離采樣，并對(duì)其求IDFT得hM(n)，用hM(n)代替hd(n)；選擇適當(dāng)?shù)拇昂瘮?shù)w(n)，根據(jù)h(n)=hd(n)w(n)求所需設(shè)計(jì)的FIR濾波器單位脈沖響應(yīng)；求H(ejω)，分析其幅頻特性，若不滿足要求，可適當(dāng)改變窗函數(shù)形式或長(zhǎng)度N，重復(fù)上述設(shè)計(jì)過(guò)程，以得到滿意的結(jié)果。窗函數(shù)的傅式變換W(ejω)的主瓣決定了H(ejω)過(guò)渡帶寬。W(ejω)的旁瓣大小和多少?zèng)Q定了H(ejω)在通帶和阻帶范圍內(nèi)波動(dòng)幅度，常用的幾種窗函數(shù)有：矩形窗w(n)=RN(n)；Hanning窗；Hamming窗；Blackmen窗；Kaiser窗。式中Io(x)為零階貝塞爾函數(shù)。2.2頻率采樣法頻率采樣法是從頻域出發(fā)，將給定的理想頻率響應(yīng)Hd(ejω)加以等間隔采樣然后以此Hd(k)作為實(shí)際FIR數(shù)字濾波器的頻率特性的采樣值H(k),即令由H(k)通過(guò)IDFT可得有限長(zhǎng)序列h(n)將上式代入到Z變換中去可得其中Φ(ω)是內(nèi)插函數(shù)設(shè)計(jì)指標(biāo)(1)矩形窗設(shè)計(jì)線性相位低通濾波器（參數(shù)自主設(shè)定）(2)改用Hanning窗，設(shè)計(jì)(1)中的低通濾波器。實(shí)驗(yàn)要求（設(shè)計(jì)要求）（1）編寫(xiě)窗函數(shù)法FIR濾波器設(shè)計(jì)代碼，觀察幅頻和相位特性的變化，注意長(zhǎng)度N變化的影響；觀察并記錄窗函數(shù)對(duì)濾波器幅頻特性的影響，比較兩種窗的特點(diǎn)；（2）要求所編的程序能正確運(yùn)行；畫(huà)出波形，完成并提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)（設(shè)計(jì)）儀器設(shè)備和材料清單PC機(jī)：70臺(tái)，70組，1人/每組MATLAB6.5教學(xué)版安裝光盤(pán)：4張其它消耗材料金額：10元調(diào)試及結(jié)果測(cè)試提交帶注釋的（或給出每個(gè)操作所涉及的算法）且運(yùn)行正確的源程序，說(shuō)明調(diào)試過(guò)程中所遇到的問(wèn)題、解決方法及經(jīng)驗(yàn)與體會(huì)。考核形式理論課程閉卷考試，實(shí)驗(yàn)部分提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1.實(shí)驗(yàn)報(bào)告必須獨(dú)立完成，抄襲、復(fù)制他人作無(wú)效處理：2.實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求：要按規(guī)定從教學(xué)網(wǎng)站下載樣板文件格式書(shū)寫(xiě)。實(shí)驗(yàn)報(bào)告要注明姓名，學(xué)號(hào)，實(shí)驗(yàn)名稱，完成日期，聯(lián)系電話。內(nèi)容不真實(shí)、不認(rèn)真、不能按時(shí)完成的，不記成績(jī)。簡(jiǎn)要說(shuō)明設(shè)計(jì)題目、內(nèi)容、原理。3.附濾波器設(shè)計(jì)代碼及要求的圖形。對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)中的現(xiàn)象進(jìn)行簡(jiǎn)練明確的分析并作出結(jié)論或評(píng)價(jià)，對(duì)本人在實(shí)驗(yàn)全過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn)、教訓(xùn)、體會(huì)、收獲等進(jìn)行必要的小結(jié)。4.報(bào)告要求獨(dú)立完成，篇幅為A4紙不超過(guò)5頁(yè)，突出自己的設(shè)計(jì)。5.對(duì)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、安排、方法、設(shè)備等的建議和設(shè)想，(此部分可選作)。6.不能完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告者，不能參加課程考試。思考題1.不同窗函數(shù)對(duì)濾波器性能的影響如何？2.線性相位FIR濾波器的幅頻特性和相頻特性如何？附MATLAB基本操作一、目的：1.掌握MATLAB的基本操作、常用命令。2.學(xué)會(huì)利用MATLAB圖形用戶界面設(shè)計(jì)工具設(shè)計(jì)一個(gè)與整個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容配套的實(shí)驗(yàn)工作平臺(tái)，進(jìn)一步提高學(xué)生編程的能力和技巧。二、原理（一）MATLAB簡(jiǎn)介MATLAB的名稱源自MatrixLaboratory，1984年由美國(guó)Mathworks公司推向市場(chǎng)。它是一種科學(xué)計(jì)算軟件，專(zhuān)門(mén)以矩陣的形式處理數(shù)據(jù)。MATLAB將高性能的數(shù)值計(jì)算和可視化集成在一起，并提供了大量的內(nèi)置函數(shù)，從而被廣泛地應(yīng)用于科學(xué)計(jì)算、控制系統(tǒng)、信息處理等領(lǐng)域的分析、仿真和設(shè)計(jì)工作。MATLAB在信號(hào)處理中的應(yīng)用主要包括符號(hào)運(yùn)算和數(shù)值計(jì)算仿真分析。例如，解微分方程、傅里葉正反變換、拉普拉斯正反變換、z正反變換、函數(shù)波形繪制、函數(shù)運(yùn)算、沖激響應(yīng)與階躍響應(yīng)仿真分析、信號(hào)的時(shí)域分析、信號(hào)的頻譜分析、零極點(diǎn)圖繪制等內(nèi)容。作為強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算軟件，MATLAB提供了圖形界面的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)功能。自從美國(guó)公司MathWorks于1967年推出MatrixLaboratory縮寫(xiě)為MATLAB軟件包到目前為止已經(jīng)發(fā)展到7.0。由于其語(yǔ)句簡(jiǎn)練、功能強(qiáng)大、簡(jiǎn)單實(shí)用，現(xiàn)已成為面向科學(xué)與工程計(jì)算的大型優(yōu)秀科技應(yīng)用軟件。MATLAB作為面向科學(xué)與工程計(jì)算的大型科技應(yīng)用軟件，同樣提供了一個(gè)功能強(qiáng)大的用于編寫(xiě)圖形用戶界面的工具GUI。MATLAB的用戶界面對(duì)象分為三類(lèi)：用戶界面控件對(duì)象（uicontrol）,下拉式菜單對(duì)象(uimenu),和內(nèi)容式菜單對(duì)象（uicontextmenu）。其中GUI向?qū)峁┝耸N控件(Control)對(duì)象和一個(gè)坐標(biāo)軸(Axes)對(duì)象。它們分別是:按鈕(PushButton)、開(kāi)關(guān)按鈕(ToggleButton)、編輯框(EditText)、彈出式菜單(PopupMenu)、圖文框(Frame)、靜態(tài)文本框(StaticText)、列表框(Listbox)、復(fù)選框(Checkbox)、滑動(dòng)條(Slide)等，因此用戶在使用的過(guò)程需要深入地了解各種圖形對(duì)象的特征、屬性和操作。本實(shí)驗(yàn)利用MATLAB的用戶界面對(duì)象，設(shè)計(jì)出以實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為依托的操作簡(jiǎn)單、功能完備的圖形用戶界面，為后面的實(shí)驗(yàn)仿真提供了有效的基礎(chǔ)。（二）MATLAB基本命令1.向量的生成利用冒號(hào)（：）生成向量（1）X=j:k(j<k)生成X=[j,j+1,j+2,…,k-1,k]（2）X=j:I:k生成向量X=[j,j+I,j+2I,…,k]矩陣的生成（1）zeros生成全0陣B=zeros(n)生成n*n的全0矩陣B=zeros(m,n)生成m*n的全0矩陣B=zeros(Size(A))生成與與矩陣A大小相同的全0矩陣注：m,n必須是一個(gè)非負(fù)數(shù)（2）ones生成全1陣（3）rand生成均勻分布的隨機(jī)陣3.矩陣的運(yùn)算A+B同維矩陣相加B同維矩陣相減A+3對(duì)于矩陣和標(biāo)量（一個(gè)數(shù)）的加減運(yùn)算A*B是數(shù)學(xué)中的矩陣乘法，遵循矩陣乘法規(guī)則A．*B是同維矩陣對(duì)應(yīng)位置元素做乘法B=inv（A）是求矩陣的逆A/B是數(shù)學(xué)中的矩陣除法，遵循矩陣除法規(guī)則A．/B是同維矩陣對(duì)應(yīng)位置元素相除表示矩陣的轉(zhuǎn)置運(yùn)算4.數(shù)組函數(shù)下面列舉一些基本函數(shù)，他們的用法和格式都相同。sin(A),cos(A),exp(A),log(A)(相當(dāng)于ln)，exp()sgrt(A)開(kāi)平方，abs(A)求模，real(A)求實(shí)部，imag(A)求虛部，angle()式中A可以是標(biāo)量也可以是矩陣5.繪圖（二維繪圖）數(shù)字信號(hào)處理中常用到的繪圖指令(只給出函數(shù)名，具體調(diào)用