_第9章 MATLAB在信号和系统中的应用举例.ppt

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_第9章 MATLAB在信号和系统中的应用举例

图 9-5 多级放大器的频率特性   【例 9-1-5】 设方波信号的宽度为5 s,信号持续期为10 s,试求其在0~20(1/s) 频段间的频谱特性。如只取0~10(1/s)的频谱分量(相当于通过了一个低通滤波器),求其输出波形。   解:   ◆ 建模   设信号的时域波形为f(t),在0~10 s的区间外信号为0,则其傅里叶变换为   按MATLAB作数值计算的要求,必须把t分成N份,用相加来代替积分,对于任一给定的ω,可写成 这说明求和的问题可以用f(t)行向量乘以ejωt列向量来实现。此处的Δt是t的增量,在程序中,将用dt来代替。   由于要求出一系列不同的ω处的F值都用同一公式,因此可以利用MATLAB中的元素群运算功能,把ω设成一个行数组,分别代入本公式左右端的ω中去,写成 (程序中把ω写成w) F=f*exp(-j*t′*w)·Δt 其中,F是与w等长的行向量,exp中的t′是列向量,w是行向量,t′*w是一个矩阵,其行数与t相同,列数与w相同。这个矩阵乘式就完成了傅里叶变换。类似地可以得到傅里叶逆变换表示式。由此得到下面的傅里叶变换程序。   ◆ MATLAB程序    clear,tf=10; N=256;    t=linspace(0,tf,N); %给出时间分割   w1=linspace(eps,20,N); dw=20/(N-1);    %dw=1/4/tf; w1 =[eps∶dw∶(N-1)/4/tf]; %给出频率分割    f=[ones(1,N/2),zeros(1,N/2)]; %给出信号(此处是方波)    F1=f*exp(-j*t′*w1)*tf/(N-1); %求傅里叶变换    w=[-fliplr(w1),w1(2∶N)]; %补上负频率 F=[fliplr(F1),F1(2∶N)]; %补上负频率区的频谱 w2=w(N/2∶3*N/2); %取出中段频率 F2=F(N/2∶3*N/2); %取出中段频谱 subplot(1,2,1),plot(w,abs(F),′linewidth′,1.5),grid f1=F2*exp(j*w2′*t)/pi*dw; %对中段频谱求傅里叶逆变换 subplot(1,2,2),plot(t,f,t,f1,′linewidth′,1.5),grid   ◆ 程序运行结果   执行这个程序的结果如图9-6所示,因为方波含有很丰富的高频分量,要充分恢复其原来波形需要很宽的频带,实践中不可能完全做到。 图 9-6 方波信号的频谱和取|ω|<10部分频谱的逆变换波形 (a) 方波信号的频谱; (b) 取|ω|10部分频谱的逆变换波形 9.2 离散信号和系统   信号可以分为模拟信号和数字信号。模拟信号用x(t)表示,其中变量t代表时间。离散信号用x(n)表示,其中变量n为整数并代表时间的离散时刻,因此它也称为离散时间信号。离散信号是一个数字的序列,并可以表述为 其中,向上的箭头表示在n=0处的取样。   在MATLAB中,可以用一个向量x来表示一个有限长度的序列。然而这样一个向量并没有包含基准采样位置的信息。因此,完全地表示x(n)要用x和n两个向量。例如序列 x(n)={2,1,-1,  ,1,4,3,7}(下面的箭头为第0个采样点),在MATLAB中表示为 n = [-3,-2,-1,0,1,2,3,4], x=[2,1,-1,5,1,4,3,7]   当不需要采样位置信息时,可以只用x向量来表示。由于内存有限,因此MATLAB无法表示无限序列。   【例 9-2-1】 编写MATLAB程序来产生下列基本脉冲序列。   (1) 单位脉冲序列:起点n0,终点nf,在ns处有一单位脉冲(n0≤ns≤nf)。   (2) 单位阶跃序列:起点n0,终点nf,在ns前为0,在ns处及以后为1(n0≤ns≤nf)。   (3) 实数指数序列: x3=(0.9)n。   (4) 复数指数序列: x4=e(-0.2+0.3j)n。   解:   ◆ 建模   这些基本序列的表达式比较简明,编写程序也不难。对单位脉冲序列,我们提供了直接赋值和逻辑关系两种方法,其中用逻辑关系的编法比较简洁,读者从中可看到MATLAB编程的灵活性和技巧性。通常用stem语句来绘制离散序列。   ◆ MATLAB程序   clear,no=0; nf=10; ns=3;   n1=n

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