一数字信号处理与MATLAB语言基础.doc

第一部分： 绪 论 MATLAB是一个功能十分强大的系统，是集数值计算、图形管理、程序开发为一体的环境。作为强大的科学计算平台，它几乎能满足所有的计算需求。在美国及其他发达国家的理工科院校里，MATLAB已成为了一门必修的课程，在科研院所、大型公司或企业的工程计算部门，MATLAB也是最为普遍的计算工具之一。 MATLAB具有如下的优势和特点： 1、好的工作平台和编程环境 随着MATLAB的商业化以及软件本身的不断升级，MATLAB的用户界面也越来越精致，更加接近Windows的标准界面，人机交互性更强，操作更简单。而且新版本的MATLAB提供了完整的联机查询、帮助系统，极大地方便了用户的使用。简单的编程环境提供了比较完备的调试系统，程序不必经过编译就可以直接运行，而且能够及时地报告出现的错误及进行出错原因分析。 2、简单易用的程序语言 新版本的MATLAB语言是基于最为流行的C语言基础上的，因此语法特征与C语言极为相似，而且更加简单，更加符合科技人员对数学表达式的书写格式。使之更利于非计算机专业的科技人员使用。而且这种可移植性好、可扩展性极强，这也是MATLAB之所以能够深入到科学研究及工程计算各个领域的重要原因。 3、强大的科学计算及数据处理能力 MATLAB拥有600多个工程中要用的数学运算函数，可以方便地实现用户所需的各种计算功能函数中所使用的算法都是科研和工程计算中的必威体育精装版研究成果，而且经过了各种优化及容错处理，因此使用起来鲁棒性和可靠性非常高。在通常情况下，可以用它来代替底层编程语言，如C和C++。在计算要求相同的情况下，使用MATLAB的编程工作量会大大减少。MATLAB函数所能解决的问题包括矩阵运算和线性方程组的求解、微分及偏微分方程组的求解、符号运算、傅立叶变换和数据的统计分析、工程中的优化问题、稀疏矩阵运算、复数的各种运算、三角函数和其他初等数学运算、多维数组操作以及建模动态仿真等。 4、出色的图形处理功能 MATLAB自产生之日起就具有方便的数据可视化功能，新版本的MATLAB对整个图形处理的功能做了很大的改进和完善，使它不仅在一般数据可视化软件都具有的功能（例如二维曲线和三维曲面的绘制和处理等）方面更加完善，而且对于一些其他软件所没有的功能（例如图形的光照处理、色度处理以及四维数据的表现等），MATLAB同样表现了出色的处理能力。同时对一些特殊的可视化要求，例如图形动画等，MATLAB也有相应的功能函数，保证了用户不同层次的要求。另外，新版本的MATLAB还着重在图形用户界面（GUI）的制作上做了很大的改善，对这方面有特殊要求的用户也可以得到满足。 5、应用广泛的模块集或工具箱 MATLAB对许多专门的领域都开发了功能强大的模块集或工具箱。一般来说，它们都是由特定的专家开发的，用户可以直接使用工具箱学习、应用和评估不同的方法而不需要自由编写代码。目前，MATLAB已经把工具延伸到科学研究和工程应用的诸多领域，诸如数据采集、数据库接口、概率统计、样条拟合优化算法、偏微分方程求解、神经网络、小波分析、信号处理、图象处理、系统辩识、控制系统设计、LMI控制、鲁棒控制、模型预测、模糊逻辑、金融分析、地图工具、非线性控制设计、实时快速原型及半物理仿真、嵌入式系统开发、定点仿真、DSP与通讯、电力系统仿真等，都在工具箱（Toolbox）家族中有了自己的一席之地。 6、使用的程序接口和开发平台 新版本的MATLAB可以利用MATLAB编译器和C/C++数学库和图形库，将自己的MATLAB程序自动转换为独立于MATLAB运行的C和C++代码。另外，MATLAB网页服务程序还容许在Web应用中使用自己的MATLAB数学和图形程序。 7、模块化的设计和系统级的仿真 Simulink是MATLAB的一个分支产品，主要用来实现对工程问题的模型化和动态仿真。在世界范围内的模型化浪潮的背景下Simulink恰恰体现了模块化设计和系统级仿真的具体思想，使得建模仿真如同搭积木一样简单。Simulink对仿真的实现可以应用于动力系统、信号控制、通信设计、金融财会及生物医学等各个领域的研究中。 一、基本概念 1、变量 和其他高级语言一样，MATLAB也是使用变量来保存信息。变量由变量名表示，变量的命名应遵循如下规则： 1）变量名必须以字母开头。 2）变量名可以由字母、数字和下划线混合组成。 3）变量名区分字母大小写。 4）变量名的字符长度不应超过31个。 在MATLAB中还存在着一些系统默认的固定变量，如表2-1所示，即在MATLAB中语句中若出现固定变量名，则系统就将赋予默认值。 变量名 默认值 i 虚数单位 j 虚数单位 pi 圆周率 inf