信号仿真分析实践课程设计

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1、 唐 山 学 院 信号仿真分析实践 课 程 设 计 题 目 基于matlab的仿真分析 系 (部) 智能与信息工程学院 班 级 姓 名 时雨 学 号 指导教师 年 月 日至 月 日 共 周年 月 日信号仿真分析实践 任务书一、设计题目、内容及要求设计题目：基于MATLAB的信号仿真分析的设计设计内容：(1) MATLAB 程序入门和基础应用。学习MATLAB软件的基本使用方法，了解MATLAB的数值计算、符号运算、可视化功能以及MATLAB程序设计入门。 (2) 连续时间LTI系统的时域分析。利用MATLAB求解连续系统的零状态响应、冲激响应及阶跃响应，利用MATLAB实现连续信号卷积的方法。

2、 (3) 连续时间LTI系统的频域分析。利用MATLAB实现连续时间信号傅里叶变换，分析LTI系统的频域特性和LTI系统的输出响应。(4) 连续时间LTI系统的复频域分析。利用MATLAB进行部分分式展开，分析LTI系统的特性，利用MATLAB进行Laplace正、反变换。设计要求：1.根据题目要求进行基于MATLAB的信号仿真分析的总体设计。2.完成算法具体部分的设计。（1）仿真原理图。（2）仿真分析说明。3.仿真程序的设计。（1）连续时间系统时域和变换域相关特性的仿真分析。（2）完整源程序。4.书写设计说明书。二、设计原始资料郑君里.信号与系统(第三版).高等教育出版社，2011 三、要求

3、的设计成果（课程设计说明书、设计实物、图纸等） 设计结果能正确仿真演示设计说明书一份（包括总体设计、算法原理图及说明、系统仿真演示、源程序清单等）四、进程安排 周一：资料收集周二：利用MATLAB完成信号仿真分析的设计周三：程序调试 周四：书写仿真分析实践说明书周五：答辩五、主要参考资料 1 钟麟, 王峰. MATLAB仿真技术与应用教程，国防工业出版社，20052 楼顺天, 李博菡.基于MATLAB的系统分析与设计信号处理，西安电子科技大学出版社，1998 3 吴湘淇.信号、系统与信号处理的软硬件实现，电子工业出版社，2002指导教师（签名）：教研室主任（签名）：课程实践成绩评定表出勤情况出

4、勤天数 缺勤天数成绩评定出勤情况及设计过程表现（20分）课程实践答辩（20分）设计成果（60分）总成绩（100分）提问（答辩）问题情况综合评定 指导教师签名： 年 月 日目录1 引言11.1MATLAB的发展历史11.2MATLAB的系统结构11.3MATLAB的主要特点11.4MATLAB的影响22 总体设计32.1设计框图32.2设计思想43 详细设计53.1基础运算53.2连续时间LTI系统时域仿真分析83.2.1设计方法与步骤83.2.2连续时间系统零状态响应的数值求解83.2.3卷积的计算93.2.4连续时间系统冲激响应和阶跃响应的求解103.3连续时间LTI系统频域仿真分析143.

5、3.1实验目的143.3.2设计框图153.3.2系统的频率特性153.3.3连续时间信号傅里叶变换的数值计算方法163.3.4涉及的MATLAB函数163.4连续时间LTI系统复频域仿真分析183.4.1实验目的183.4.2利用MATLAB进行部分分式展开193.4.3连续时间信号的拉普拉斯变换193.4.4连续系统的复频域分析193.4.5系统频率特性分析20 4 总结25 5 参考文献26唐山学院课程实践1引言 MATLAB是一种面向科学与工程计算的高级语言 ,由于其集成了许多领域的工具箱 ,因此又被称之为“巨人肩上的工具”。本文以该软件的MATLAB7.0为例 ,在简单介绍MATLA

6、B的基础上 ,详细阐述了其仿真功能在信号处理中的应用。1.1 MATLAB的发展历史MATLAB语言是由美国的Clever Moler博士于1980年开发的；设计者的初衷是为解决“线性代数”课程的矩阵运算问题；取名MATLAB即Matrix Laboratory 矩阵实验室的意思；1984年， MathWorks公司成立 ，MATLAB以商品形式出现，随着市场的推广，以其良好的开放性和运行的可靠性，成功地应用于各工程学科的研究领域。1.2 MATLAB的系统结构 MATLAB系统结构有三个层次、八个部分构成，每一个部分完成不同的功能，主要包括： （1）MATLAB主包 （2）工具箱（Toolb

7、oxes） （3）编译器（Compiler） （4）建模仿真（Simulink） （5）模块集（Blockset） （6）实时仿真（Real-Time Worksho） （7）状态流程（Stateflow） （8）状态代码生成（Stateflow Coder）1.3 MATLAB的主要特点 （1）简单易学：与C语言几乎一致。 （2）编程简洁、效率高；语言规则不强，无需编译。 （3）强大而简单的绘图功能；二、三维绘图，直观展示结果。 （4）扩展性强丰富的工具箱：MATLAB主工具箱、符号数学工具箱、SIMULINK仿真工具箱、控制系统工具箱、信号处理工具箱、图象处理工具箱、通信工具箱、系统辨识工

8、具箱、神经元网络工具箱、金融工具箱等。1.4 MATLAB的影响 （1）matlab在教学中的应用 在大学里，诸如应用代数、数理统计、自动控制、数字信号处理、动态系统仿真等课程的教科书都把MATLAB作为内容。在欧美是九十年代教科书与旧版书籍的区别性标志。越来越多国内教科书也加入了Matlab相关内容。MATLAB是攻读学位的大学生、硕士生、博士生必须掌握的基本工具。 （2）MATLAB行业运用相关图书：MATLAB与选煤/选矿数据处理、MATLAB在工程数学上的应用、电磁场数值计算法与MATLAB实现、数学物理方程的MATLAB解法与可视化、高等应用数学问题的MATLAB求解、MATLAB有

9、限元分析与应用、MATLAB 7及工程问题解决方案、MATLAB及在电子信息类课程中的应用、MATLAB在电气工程中的应用等等。 （3）MATLAB在本专业中的应用：不管世界如何改变， MATLAB在通信专业的地位基本不变。（通信专业“计算器”）几乎所有通信与信号处理类课程：1高等数学2普通物理3线性代数4概率论与数理统计5计算方法（数值分析）6信号与系统7电路原理8通信原理9随机信号处理10数字信号处理11数字图像处理12光纤通信13移动通信14通信网2总体设计 总体设计的目标是： （1）MATLAB程序入门和基础运用。学习MATLAB软件的基本使用方法，了解MATLAB的数值计算、符号运算

10、、可视化功能以及MATLAB程序入门设计。 （2）连续时间LTI系统的时域分析。利用MATLAB求解连续系数的零状态响应、冲激响应及阶跃响应，利用MATLAB实现连续信号卷积的方法。 （3）连续时间LTI系统的频域分析。利用MATLAB实现连续时间信号傅里叶变换，分析LTI系统的频域特性和LTI系统的输出响应。 （4）连续时间LTI系统的复频域分析。利用MATLAB进行Laplace正、反变换。2.1设计框图 设计框图如图21所示：数值运算符号运算基础运算 零状态响应冲激响应阶跃响应连续信号卷积连续时间LTI系统时域仿真分析基于matlab的信号与系统仿真傅里叶变换频域特性输出响应连续时间LT

11、I系统频域仿真分析系统特性Laplace正、反变换连续时间LTI系统复频域仿真分析图2-1基于matlab的信号与系统仿真框图2.2设计思想LTI系统各种分析方法的理论基础是信号的分解特性与系统的线性、时不变特性，其出发点是：激励信号可以分解为若干基础信号单元的线性组合；系统对激励所产生的零状态响应是系统对各基本信号单元分别激励下响应的叠加。利用MATLAB进行MATLAB程序入门和基础运用、连续时间LTI系统的时域分析、连续时间LTI系统的频域分析和连续时间LTI系统的复频域分析。 3详细设计3.1基础运算设计步骤：在MATLAB命令窗口输入运算命令进行运算。下面一道题是用MATLAB进行“

12、加减乘除”运算11利用MATLAB计算A=2*3+4/2解 在MATLAB命令窗口键入如下语句： A=2*3+4/2 运行 A = 8 运行图如图3-1所示 图3-1 下面一道题是利用MATLAB表示一个复常量极坐标12一个复常量极坐标表示解 在MATLAB命令窗口键入如下语句： B=2*exp(i*pi/4) 运行B = 1.4142 + 1.4142i 运行图如图3-2所示： 图3-2 利用MATLAB进行向量和逗号运算:13向量运算和逗号解 在MATLAB命令窗口键入如下语句： C=2,3,5,8运行C = 2 3 5 8 运行图如图3-3所示：图3-3 利用MATLAB进行分号运算：14分号运算:解 在MATLAB命令窗口键入如下语句： D= 2;3;8;5D = 2 3 8 5运行图如图3-4所示 图3-43.2连续时间LTI系统时域仿真分析实验目的：（1） 学会运用MATLAB符号求解连续系统的零输入响应；（2） 学会运用MATLAB数值求解连续系统的零状态响应；（3） 学会运用MATLAB求解连续系统的冲击响应和阶跃响应；（4） 学会运用MATLAB卷积积分法求解系统的零状态响应。3.2.1设计方法与步骤一般的连续时间系统分析有以下几个步骤: 求解系统的零输入响应; 求解系统的零状态响