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1、实验 1 白噪声和 M 序列的产生实验报告哈尔滨工业大学航天学院控制科学与工程系专业：自动化班级：0904103姓名：学号：日期：2012年_月 27 日1实验题目：白噪声和M序列的产生2. 实验目的1、熟悉并掌握产生均匀分布随机序列方法以及进而产生高斯白噪声方法2、熟悉并掌握M序列生成原理及仿真生成方法3实验主要原理1、混合同余法混合同余法是加同余法和乘同余法的混合形式，其迭代式如下：(x = (a * x + b)mod M/ n+1nI R = x / Mn+1n+1式中a为乘子，Xo为种子，b为常数，M为模。混合同余法是一种递归算法，即先提 供一个种子Xo，逐次递归即得到一个不超过模M
2、的整数数列。2、正态分布随机数产生方法由独立同分布中心极限定理有：设随机变量XX 2,，Xn，相互独立，服从同一分 布，且具有数学期望和方差：E(X )=卩,D(X ) =o2 0,(k = 1,2,.)kkE Xk则随机变量之和i=1 的标准化变量:工X - E（工X ）kkY = -T=1i =1 近似服从N(0,1)分布。=b 2 =如果Xn服从0, 1均匀分布，则上式中卩=05，12。即E X - 0.5nY =近似服从N (0,1)分布。4实验对象或参数1、生成均匀分布随机序列(1) 利用混合同余法生成0, 1区间上符合均匀分布的随机序列，并计算该序列的 均值和方差，与理论值进行对比
3、分析。要求序列长度为1200,推荐参数为a=65539, M=2147483647, 0x0M。(2) 将0, 1区间分为不重叠的等长的10个子区间，绘制该随机序列落在每个子 区间的频率曲线图，辅助验证该序列的均匀性。(3) 对上述随机序列进行独立性检验。(该部分为选作内容)2、生成高斯白噪声利用上一步产生的均匀分布随机序列，令n=12，生成服从N(0,1 )的白噪声，序列长 度为100,并绘制曲线。3、生成M序列M序列的循环周期取为26 - 1二63，时钟节拍At =1Sec，幅度a =1，逻辑“0” 为a,逻辑T为-a，特征多项式卩(s)= s6s5。生成M序列的结构图如下所示。要求编写M
4、atlab程序生成该M序列，绘制该信号曲线，并分析验证M序列的性质。5程序框图实验1-26程序代码%实验i-iXulie_Length = 1200;A = 65539;M = 2147483647;b = 0;R(Xulie_Length) = 0;X(1) = 199119;R(1) = X(1)/ M;for n = 1 : (Xulie_Length - 1)X(n + 1) = mod(A * X(n) + b), M);R(n + 1) = X(n + 1) / M;endfigure(1);plo t( R);figure(2);his t( R);mean_R = mean(R
5、) var_R = var(R)%实验1-2clear all;N = 12;SEQ_LENGTH = 100;G(SEQ_LENGTH) = 0;for n = 1 : SEQ_LENGTHfor t = 1 :G(n)=endendG = G - 6;NG(n) + R(N * (n - 1)+ t);figure(3); plo t( G);figure(4); his t( G);%实验1-3 clear all;number = 2八6 - 1;a = 1;%手动初始化MM(1)=1;M(2)=0;M(3)=0;M(4)=1;M(5)=1;M(6)=0;M_XuLie(number)
6、 = 0;for n =1 : numbertemp=xor(M(6),M(5);if(temp = 0)M XuLie(n)=a;elseM XuLie(n)=-a;endM(6)=M(5);M(5)=M(4);M(4)=M(3);M(3)=M(2);M(2)=M(1);M(1)=temp;endstairs(MXuLie);ylim(-1.5 1.5);7实验结果及分析 1、生成均匀分布随机序列 （1）生成的 0-1 均布随机序列如下所示：0.90.80.70.60.50.40.30.20.10020040060080010001200计算序列的均值和方差 程序代码： mean_R = m
7、ean(R) var_R = var(R) 均值和方差实际值： mean_R =0.4969 var_R =0.0837 均值和方差理论值： mean_R =0.5 var_R =1/12( = 0.083333) 结论：容易看到，实际值与理论值较接近。2)该随机序列落在10 个子区间的频率曲线图如下：结论：从结果图可以容易看到，该序列的均匀性较好。2、生成高斯白噪声 生成的白噪声如下图：I 一 T 一019080060500302010.5 1 .5 0 5 -1 5 -2 510012-生成的白噪声的频率统计图如下：结论：从结果图知，生成的白噪声基本服从N(O,1)分布。3、生成M序列生成
8、的M序列如下(n = 63)：验证 M 序列性质：均衡特性：m序列每一周期中1的个数比0的个数多1个(-a和a的个数差1)测试程序：number_a = sum(M_XuLie = a); number_a_c = sum(M_XuLie = -a);number_anumber_a_c结果：number_a =31number_a_c = 32结论：从测试结果看性质成立游程特性：m序列的一个周期(p=2n-1)中，游程总数为2n-i0其中长度为k的游程个数 占游程总数的1/2k=2-k，而且，在长度为k游程中，连1游程与连0游程各占一半， 其中 Kkn(2)。长为(n-1)的游程是连0游程，
9、长为n的游程是连1游程。测试程序：M_XuLie_Ext = M_XuLie, -M_XuLie(end);run = int8(0);test_number_a(6) = int8(0); test_number_a_c(6) = int8(0);for n = 1 : length(M_XuLie)run = run + 1;if(M_XuLie_Ext(n) = M_XuLie_Ext(n + 1) if(M_XuLie_Ext(n) = a)test_number_a(run) = test_number_a(run) + 1; elsetest_number_a_c(run) = t
10、est_number_a_c(run) + 1; end run = 0;endenddisplay(test_number_a); display(test_number_a_c);结果：test_number_a =842110test_number_a_c =10 3 2 101结论：从测试结果看性质成立移位相加特性：m序列和它的位移序列模二相加后所得序列仍是该m序列的某个位移 序列。测试程序：M_XuLie = M_XuLie;M_XuLie = -0.5 * (M_XuLie - 1);M_result = 1; % 验证成功则为 1for n = 1 : (length(M_XuL
11、ie) - 1)M_XuLie_Shift = circshift(M_XuLie, n);M_XuLie_Add = mod(M_XuLie + M_XuLie_Shift), 2); is_shift_found = 0; % falsefor k = 0 : (length(M_XuLie) - 1)%if(isequal(circshift(M_XuLie, k), M_XuLie_Add) if(circshift(M_XuLie, k) = M_XuLie_Add)is_shift_found = 1;endendif(is_shift_found = 0)M_result = 0;endenddisplay(M_result);结果：M_result =1结论：从测试结果看性质成立8结论本次试验主要实践了混合同余法，正态分布随机数产生方法，M序列生成原理，生成 均匀分布随机序列，生成高斯白噪声，生成M序列。使用混合同余法生成了服从N(0, 1)分布的随机序列，同时根据独立同分布中心极限定 理，得到了高斯白噪声。在实验1-3中使用6个移位寄存器和反馈通道生成了周期为63的 M序列，同时验证了 M序列的相关性质，从结果看，完全成立。本次实验主要是对 M 序列和其相关性质有了更深入的了解，同时也进一步熟悉了 MATLAB，收获颇多。
