基于matlab信号处理仿真分析

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1、第 1 页（共 39 页） 基于 MATLAB 的信号处理仿真分析 中文摘要：中文摘要： Matlab 在信号分析与处理中有着广泛的应用。本文以具体的函数信 号产生、信号变换、功率谱估计方法,详述了如何应用 Matlab 语言编程的方法设 计对信号进行编辑和仿真分析。利用 MATLAB 软件，通过设计图形用户界面 （GUI），说明 Matlab 功能强大、简单实用、调节容易、可视性好，可大大提高计算 效率，缩短编程时间，是一种简便实用的计算工具，可成功地应用于信号处理中， 在教学和研究等领域具有广泛的应用前景和一定的推广价值。 关关键词键词： ：Matlab 信号产生 信号变换 功率谱估计 G

2、UI。 Abstract: Matlab has a wide range of applications in signal analysis and processing, This article has pointed out its characteristics, interfaces and basic method of calculation, Specific function signal generator, function transform, classical spectral estimation methods, detailed in the applic

3、ation of the Matlab programming language designed for editing of the signal analysis and simulation. Through the design of graphical user interface (GUI) by Using Matlab,we can learn that Matlab is powerful, simple, practical, easy adjustment, visibility, and can greatly improve the computational ef

4、ficiency and shorten the programming time is a simple and practical tool,can be successfully applied to signal processing, in the teaching and research in areas such as the application of a wide range of prospects and the promotion of a certain value. Key Words: Matlab Signal generation Signal chang

5、e Power spectrum estimation GUI 目 录 第 2 页（共 39 页） 第一章 绪论 3 1.1 MATLAB 简介3 1.2 MATLAB 的特点和优势4 1.3 图形用户界面 （GUI）5 1.4 设计内容 5 第二章 信号产生及其 MATLAB 实现 5 2.1 离散信号及其 MATLAB 实现 6 2.2 连续信号及其 MATLAB 实 现9 2.3 噪声及波形信号的 MATLAB 实现 13 第三章 信号变换及其 MATLAB 实现 18 3.1 Z 变换 18 3.2 离散傅里叶变换 DFT 20 3.3 快速傅里叶变换 FFT 21 第四章 基于 MA

6、LTAB 的功率谱估计 23 3.1 直接法 23 3.2 间接法 25 3.3 改进直接法26 第五章 图形用户界面（GUI）的实 现27 5.1 GUI 界面设计概述 27 5.2 GUI 的具体实现过 程29 5.3 GUI 总界 面36 第六章 总结37 第七章 致 谢 37 第 3 页（共 39 页） 参考文献 38 第一章 绪论 1.1 MATLAB 简介简介 MATLAB 是美国 MathWorks 公司出品的商业数学软件，用于算法开发、 数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要 包括 MATLAB 和 Simulink 两大部分。 MATLAB 是矩

7、阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，和 Mathematica、Maple 并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值 计算方面首屈一指。MATLAB 可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、 创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、 信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。 MATLAB 的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的 形式十分相似，故用 MATLAB 来解算问题要比用 C，FORTRAN 等语言完相同 的事情简捷得多，并且 mathwork 也吸收了像 Maple 等软件的优点,使

8、MATLAB 成为一个强大的数学软件。在新的版本中也加入了对 C，FORTRAN，C+ ，JAVA 的支持。可以直接调用,用户也可以将自己编写的实用程序导入到 MATLAB 函数库中方便自己以后调用，此外许多的 MATLAB 爱好者都编写了 一些经典的程序，用户可以直接进行下载就可以用。 20 世纪 70 年代，美国新墨西哥大学计算机科学系主任Cleve Moler 为了减轻学生编程的负担，用 FORTRAN 编写了最早的 MATLAB。1984 年由 Little、Moler、Steve Bangert 合作成立了的 MathWorks 公司正式把 MATLAB 推向市场。到 20 世纪 9

9、0 年代，MATLAB 已成为国际控制界的标准计 算软件。历经升级，到 2001 年已经有了 6.0 版，现在 MATLAB 6.1、6.5、7.0、7.X 都已相继面世。早期的 MATLAB 在 DOS 环境下运行，1990 年推出了 Windows 版本。1993 年，Mathworks 公司又推出了 MATLAB 的微机版本， 第 4 页（共 39 页） 从分支持在 Microsoft Windows 界面下的编程。随着版本的升级，内容不断扩 充，它的功能越来越强大，特别是在系统仿真和实时运行等方面，有很多新进 展，更扩大了它的应用前景，是各种科学计算软件中使用频率最高的软件。 MATL

10、AB 包括拥有数百个内部函数的主包和三十几种工具包。工具包又 可以分为功能性工具包和学科工具包。功能工具包用来扩充MATLAB 的符号 计算，可视化建模仿真，文字处理及实时控制等功能。学科工具包是专业性 比较强的工具包，控制工具包，信号处理工具包，通信工具包等都属于此类。 开放性使 MATLAB 广受用户欢迎。除内部函数外，所有MATLAB 主包文 件和各种工具包都是可读可修改的文件，用户通过对源程序的修改或加入自 己编写程序构造新的专用工具包。 1993 年出现 SIMULINK，这是基于框图的仿真平台， SIMULINK 挂接在 MATLAB 环境上，以 MATLAB 的强大计算功能为基础

11、，以直观的模块框图进行 仿真和计算。 SIMULINK 提供了各种仿真工具，尤其是它不断扩展的、内容 丰富的模块库，为系统的仿真提供了极大便利。在SIMULINK 平台上，拖拉 和连接典型模块就可以绘制仿真对象的模型框图，并对模型进行仿真。在 SIMULINK 平台上，仿真模型的可读性很强，这就避免了在MATLAB 窗口使 用 MATLAB 命令和函数仿真时，需要熟悉记忆大量M 函数的麻烦，对广大工 程技术人员来说，这无疑是最好的福音。现在的MATLAB 都同时捆绑了 SIMULINK，SIMULINK 的版本也在不断升级， 从 1993 年的 MATLAB4.0/SIMULINK1.0 版到

12、 2001 年的 MATLAB6.1/SIMULINK4.1 版， 2002 年即推出了 MATLAB6.5/SIMULINK5.0 版。MATLAB 已经不再是单纯的 “矩阵实验室”了，它已经成为一个高级计算和仿真平台。 1.2 MATLAB 的特点和优势的特点和优势 特点：特点： （1）此高级语言可用于技术计算 （2）此开发环境可对代码、文件和数据进行管理 （3）交互式工具可以按迭代的方式探查、设计及求解问题 （4）数学函数可用于线性代数、统计、傅立叶分析、筛选、优化以及数值积分 （5）二维和三维图形函数可用于可视化数据 （6）各种工具可用于构建自定义的图形用户界面 第 5 页（共 39

13、页） （7）各种函数可将基于 MATLAB 的算法与外部应用程序和语言（如 C、C+、Fortran、Java、COM 以及 Microsoft Excel）集成 优势：优势： （1）友好的工作平台和编程环境 （2）简单易用的程序语言 （3）强大的科学计算机数据处理能力 （4）出色的图形处理功能 （5）应用广泛的模块集合工具箱 （6）实用的程序接口和发布平台 （7）应用软件开发（包括用户界面） 1.3 图形用户界面（图形用户界面（GUI） MATLAB 提供的图形用户界面开发环境(GUIDE)来完成界面设计。GUIDE 主要 是一个界面设计工具集，MATLAB 将所有 GUI 支持的用户控件都

14、集成在这个环境 中并提供界面外观、属性和行为响应方式的设置方法。GUI 将用户保存设计好 的 GUI 界面保存在一个 FIG 资源文件中，同时自动生成包含 GUI 初始化和组件 界面布局控制代码的 M 文件，为实现回调函数提供了一个参考框架。这种提供 图形用户界面的应用程序能够使用户的学习和使用更为方便、直观和实用。 1.4 设计内容设计内容 （1）信号产生及其 MATLAB 实现 a.离散信号及其 MATLAB 实现 b.连续信号及其 MATLAB 实现 c.噪声及波形信号的 MATLAB 实现 （2）信号变换及其 MATLAB 实现 a.Z 变换 b.离散傅里叶变换 DFT c.快速傅里叶变换 FFT （3）功率谱估计 a.直接法 b.间接法 第 6 页（共 39 页） c.改进直接法 （4）图形用户界面（GUI）的实现 第二章 信号产生及其 MATLAB 实现 在 MATLAB 中产生信号，很多可以通过 MATLAB 内部的一些简单函数如 zeros、ones 等来实现。同时 MATLAB 可实现信号的基本运算，如移位、相加、 相乘等。MATLAB 内部提供了大量的函数用来产生噪声及常用的信号波形。下面 对数字信号处理中的常用信号的产生进行阐述。 2.1 离散信号及其离散信号及其 MATLAB