《matlab在信号与图像处理中的应用第5章.docVIP

MATLAB信号处理基础知识 在前面的章节中，我们对MATLAB R2007a的基本知识作了详细的介绍，目的是让读者对MATLAB的应用环境以及基本功能有个初步的了解。随着MATLAB版本不断升级，其功能日益强大，应用范围更是日益广泛，覆盖了工业、电子、医疗、建筑等众多领域。特别是MATLAB主要用于矩阵运算，在数据分析、信号处理、自动控制等方面具有非常强大的功能，已成为科研人员和工程技术人员必不可少的工具之一。 从本章开始，我们将介绍MATLAB在特定领域内的应用。数字信号处理是当前的热门学科之一，相应的MATLAB R2007a所提供的信号处理工具箱则对该方面的研究提供了非常全面的支持。本章将基于信号处理工具箱，介绍MATLAB信号处理的基础知识，包括信号处理工具箱的简介、信号表示方法、数据读入方式、一些典型的离散序列和常用波形如何产生等内容。 熟悉信号处理工具箱的基本功能和特性 掌握信号的表示方法和数据的读入方式 掌握几种典型的离散序列 掌握常用波形发生器 分别生成单位抽样序列和。 分别生成单位阶跃序列和。 生成正弦型序列。 分别生成实指数序列和。 生成复指数序列。 产生均值为0.5，方差为0.1的白噪声序列。 将实指数序列扩展为具有3个周期的序列。 生成一个方波信号，要求正信号所占百分比为60%。 生成0.5s的锯齿波和三角波信号，频率都为10Hz，采样频率为10kHz。 已知输入变量x，生成sinc函数波形。 生成一个线性扫频信号。 产生一个二次型扫频信号，要求二次型扫频信号频谱为凹状。 绘出狄立克莱（Dirichlet）函数图形。 绘出中心频率为50kHz的高斯正弦脉冲，要求相对带宽60%，包络下降到峰值的40dB之下。 分别产生一个对称的和一个非对称的三角脉冲。 产生一个矩形脉冲，要求脉冲宽度为2s。 产生一个锯齿形脉冲序列，要求重复频率为3Hz，锯齿宽度0.1s，信号总长度1s，采样频率1kHz。 产生一个幅度递减的高斯脉冲序列，每个脉冲的中心频率10kHz，带宽40%，脉冲重复频率为1kHz，采样率50kHz，脉冲序列长度为10ms，脉冲幅度每次递减0.8。 假设一个输入信号为三角波，绘出该信号经压控振荡器的输出波形，已知采样频率10kHz。 信号处理工具箱简介 MATLAB工具箱中包含了许多用于解决具体问题的应用程序专用M文件，而信号处理工具箱则包含了许多执行信号处理算法的函数，如滤波器设计与实现、频谱分析、加窗、转换等等。本节将简要介绍一下信号处理工具箱的基本情况。 什么是信号处理工具箱 信号处理工具箱（Signal Processing Toolbox）是基于MATLAB数值计算环境的一系列工具（函数）的集合。工具箱支持各种形式的信号处理操作，从波形产生到滤波器设计和实现、参数建模和谱分析等等。工具箱提供了两大类工具：命令行函数和图形用户界面（GUI），其中命令行函数主要应用于以下几个方面： 离散时间滤波器设计、分析和实现 模拟滤波器设计、分析和实现 线性系统变换 窗函数 谱分析和倒谱分析（cepstral analysis） 变换（transforms） 统计信号处理 参数建模 线性预测 多速率信号处理 波形产生 而交互式的图形用户界面主要应用于： 滤波器设计和分析 窗函数设计和分析 信号作图和分析 谱分析 滤波处理 信号的表示方法 在MATLAB环境中，大部分数据都是以数值阵列的形式表示，即将一组实数或虚数按一定顺序排列在两维或更多维空间内。因而采集到的基本信号（包括一维信号或序列、多通道信号、二维信号等）都要表示成阵列的形式。 对于一维采样信号或序列，在MATLAB中用向量表示。所谓向量是1×n或n×1的阵列，这里n是序列的采样值个数。引入一个序列的方法之一是在命令提示符后输入一列元素。例如： x = [5 3 8 -6 0 7] 这条语句产生了一个简单的行向量，该向量由6个实数组成的序列构成。转置变换就会将该序列变成一个列向量： x = x 结果为： x = 5 3 8 -6 0 7 对于单通道信号而言，最好采用列向量进行表示，这是因为列向量较易扩展到多通道。对于多通道数据而言，一个矩阵中的每一列都对应于一个通道，而矩阵中的每一行对应于一组采样点。一个包含x、2x和x/2的三通道信号可以表示为 y = [x 2*x x/2] 将上面的x值代入，得到结果： y = 5.0000 10.0000 2.5000 3.0000 6.0000 1.5000 8.0000 16.0000 4.0000 -6.0000 -12.0000 -3.0000 0.0000 0.0000 0.0000 7.0000 14.0000