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1、信号与系统实验指导书(2022年修订) 信号与系统实验指导书 课程名称：信号与系统 实验学时：8 适用专业: 电子信息工程、自动化编写单位: 电子信息、自动化教研室 2022年2月修订 一、本实验课的性质、任务与目的 本实验课以计算机为工具，以易学易用的MA TLAB语言为实现手段。通过编程仿真，强调信号与系统知识的数学概念、物理概念与工程概念的并重结合。 通过实验，帮助学生理解和掌握信号的生成与变换计算、频域和复频域分析信号与系统的基本原理方法，使学生对信号与系统的基本理论和方法有一个比较深入的了解。从而进一步提高学生应用信号与系统的知识去分析问题、解决问题及实践的能力。为数字信号处理、高频
2、电子线路、通信原理等后续课程的学习打下必要的基础。 二、本实验课的基本理论 信号与系统是信息工程、通信工程、自动化等专业的一门专业理论基础课。本实验课程涉及信号与系统中关于时域信号分析、傅立叶变换、拉普拉斯变换、连续系统的时域分析、频域和复频域分析等主要的基础理论知识。 三、实验方式与基本要求 1.学生在学习有关用于信号与系统分析的MATLAB命令程序基础上，首先对指导书中的有关实验内容进行验证性仿真，然后编程完成实验题，并得到相关实验结果。学生按要求完成实验报告，实验报告主要包含完成习题所编制的程序和运行的数据结果及结论。 2. 学会借助MA TLAB语言，计算机仿真实现对连续时间信号、离散
3、时间信号的生成与变换计算及实现对信号与系统的频域与复频域分析。 四实验目录 实验时域连续信号的描述及计算 (3) 实验二时域离散时间信号的描述及计算 (11) 实验三频域分析连续时间信号与系统 (18) 实验四数字方法实现连续时间系统分析 (26) 五参考文献 1 陈怀琛等. MA TLAB及在电子信息课程中的应用(第二版).北京: 电子工业出版社,2022. 2 吴湘淇等.信号、系统与信号处理的软硬件实现.北京: 电子工业出版社,2022. 3楼顺天等. 基于MATLAB的系统分析与设计-信号处理.西安:西安电子科技大学出版社,1998 实验一 实验名称：时域连续信号的描述及计算 课时数：2
4、 实验目的： 通过利用MATLAB 语言软件实现连续信号的描述和运算练习，熟悉掌握实现基本连续信号时域运算的方法。 实验内容： （1）对常见连续时间信号的描述及运算内容进行验证性操作练习，掌握用于实现正弦连续信号、方波信号、阶跃信号、白噪声、矩形脉冲等常见信号的基础程序方法，熟悉和掌握对连续信号进行移位、翻转、尺度变换等时域运算的程序方法。 （2）编程完成练习题 需要完成的练习题 (写出满足实现题目要求的MATLAB 语言程序或命令) 1、 结合例13、在时间51=0); stairs(t,x); axis(-2,6,0,2.5); ylabel(x(t); xlabel(Time(s); t
5、itle(step signal); 图1.3 阶跃信号 4、单位冲激信号)(t 例14 在时间6,2-t 范围内产生一个冲激信号)2(2-t 。 t=-2:0.02:6; x=2*(t-2)=0); stairs(t,x); axis(-2,6,0,2.5); ylabel(x(t); xlabel(Time(s); title(impulse signal); 图1.4 冲激信号 5、矩形脉冲信号 rectpulse(t)产生高度为1、宽度为1、关于t=0对称的矩形脉冲信号。 rectpulse(t, w)产生高度为1、宽度为w 、关于t=0对称的矩形脉冲信号。 rectpulse(t-t
6、0, w)产生高度为1、宽度为w 、关于t=t0对称的矩形脉冲信号。 例15 在时间6,2-t 范围内产生一个高度为1、宽度为3、延时2秒的矩形脉冲信号。 t=-2:0.02:6; y=rectpuls(t-2,3);%对称中心在t=2处 plot(t,y); axis(-2,6.5,0,1.5); ylabel(x(t);xlabel(Time(s); title(rectangular pulse) 图1.5 矩形脉冲信号 6、取样信号 取样函数信号定义为：x x x sa ) sin()(= 它是一个以2为周期，幅度随x 但单调衰减的振荡信号。它在信号分析和通信理论中有 着广泛应用，与它
7、变化规律非常相似的有辛格函数，其定义为 x x x c sin )(sin = 所以在MA TLAB 中，可以使用)(sin x c 命令得到取样函数信号)(x sa 。 例16 在时间10,10-t 范围内产生取样信号t t t sa ) sin()(= 。 t=-10:.01:10; y=sinc(t/pi); % sa(t)=sin(t)/t plot(t,y); axis(-10,10,-1,1.5); ylabel(x(t);xlabel(Time(s); title(sample function) 图1.6 取样函数信号 7、三角波信号 tripuls(t) 产生高度为1，底边宽
8、度为1、关于t=0位置对称的等腰三角波信号。 tripuls(t,w) 产生高度为1，底边宽度为w 、关于t=0位置对称的等腰三角波信号。 tripuls(t,w, s) 产生高度为1，底边宽度为w 、底边中心t=0、斜度为s （11-s ）的三角波信号。s=0产生等腰三角波。 例17 在时间5,5-t 范围内产生一个高度为2、宽度为2，底边中心在2.5、斜度为1-=s 的三角波信号。 t=-5:0.01:5; x=2*tripuls(t-2.5,2,-1); plot(t,x); ylabel(x(t);xlabel(Time(s); title(triangle signal) 图1.7
9、取样函数信号 8、噪声信号 rand 产生在0，1区间均匀分布的白噪声。 randn 产生高斯分布（均值为0，协方差为1）的白噪声。 例18 在时间1,0t 范围内产生101个均匀分布的白噪声和高斯分布的白噪声。 t=0:0.01:1; subplot(2,1,1); plot(t,rand(1,length(t); ylabel(x(t); title(average distributional noise); subplot(2,1,2); plot(t,randn(1,length(t); ylabel(x(t);xlabel(Time(s); title(guass distribu
10、tional noise); 图1.8 白噪声信号 二、连续时间信号的常用运算 例19 在时间1,0t 内生成幅度按指数衰减的正弦信号at e t A t x -+=)sin()(0=t e 6)8sin(5-。 A=5;f0=4;phi=0; w0=2*pi*f0; a=6; t=0:0.001:1; x=A*sin(w0*t+phi).*exp(-a*t); %注意这里是点乘 plot(t,x); ylabel(x(t);xlabel(Time(s); 图1.9 例110 使用命令tripulse(t)生成一个三角形脉冲)(t x ，设2:02.0:2-=t 。 （1）计算该信号的微分 d
11、t t dx ) (并且画出波形。 （2）计算该信号在2,2-t 内的记分值? -2 2 )(d x 。 （3）计算该信号的积分 ? -t d x 2 )(并画出波形 解：1）使用diff 函数计算信号的微分并画出波形，结果见图2-10（a ） t=-2:0.02:2; % 共有201个数据点 x=tripuls(t); %产生单位高度、底边宽度为1、对称中心在t=0的等腰三角形 y=diff(x); % 共有200个数据点 subplot(2,1,1); plot(t,x); ylabel(x(t); xlabel(Time(s); subplot(2,1,2);plot(t(1:200),
12、y,r); ylabel(dx(t)/dt);xlabel(Time(s); 2）函数quad 和quad8都是数值积分函数。使用格式： Q=quad(function_name ,a,b); Q 为定积分返回值， function-name 为函数名，a 和b 指定定积分区间。 调用函数quad 积分： z=quad(tripuls , -2 ,2) 返回： z= 0. 5000 3) 调用函数quad 积分：（结果见图210(b)） t=-2:0.02:2; x=tripuls(t,2,0); for u=1:length(t); int_x(u)=quad(tripuls,-2,t(u); end subplot(2,1,1); plot(t,x);ylabel(x(t); subplot(2,1,2); plot(t,int_x); ylabel(integral of x(t);xlabel(time(s); title(show the process of integral) ; 图1.10(a) 图1.10(b) 例111 计算信号)1()()(-=-t u t u e t x t 在1,0时间内的能量。 信号的能量：? ? - -= = dt t x t x dt t x E *2 )()()( 信号的功率：? ? -= = 22
