数字信号处理实验四剖析.doc

实验报告 课程名称：数字信号处理 实 验 四：离散系统分析 班 级：通信1403 学生姓名：强亚倩 学 号：1141210319 指导教师：范杰清 华北电力大学（北京） 一、实验目的 深刻理解离散时间系统的系统函数在分析离散系统的时域特性、频域特性以及稳定性中的重要作用及意义，熟练掌握利用MATLAB分析离散系统的时域响应、频响特性和零极点的方法。掌握利用DTFT和DFT确定系统特性的原理和方法。 二、实验原理 MATLAB提供了许多可用于分析线性时不变连续系统的函数，主要包含有系统函数、系统时域响应、系统频域响应等分析函数。 1. 离散系统的时域响应 在调用MATLAB函数时，需要利用描述该离散系统的系数函数。对差分方程进行Z变换即可得系统函数： 在MATLAB中可使用向量a和向量b分别保存分母多项式和分子多项式的系数： 这些系数均从z0按z的降幂排列。 2．离散系统的系统函数零极点分析 离散LTI系统的系统函数H(z)可以表示为零极点形式： 使用MATLAB提供的roots函数计算离散系统的零极点； 使用zplane函数绘制离散系统的零极点分布图。 注意：在利用这些函数时，要求H(z)的分子多项式和分母多项式的系数的个数相等，若不等则需要补零。 3．离散系统的频率响应 当离散因果LTI系统的系统函数H(z)的极点全部位于z平面单位圆内时，系统的频率响应可由H(z)求出，即 [H, w]=freqz(b, a, n)： 计算系统的n点频率响应H，w为频率点向量。 H=freqz(b, a, w) ：计算系统在指定频率点向量w上的频响； freqz(b,a)： 绘制频率响应曲线。 其中：b和a分别为系统函数H(z)的分子分母系数矩阵； 4．利用DTFT和DFT确定离散系统的特性 在很多情况下，需要根据LTI系统的输入和输出对系统进行辨识，即通过测量系统在已知输入x[k]激励下的响应y[k]来确定系统的特性。 若系统的脉冲响应为h[k]，由于存在y[k]=x[k]* h[k]，因而可在时域通过解卷积方法求解h[k]。 在实际应用中，进行信号解卷积比较困难。因此，通常从频域来分析系统，这样就可以将时域的卷积转变为频域的乘积，从而通过分析系统输入序列和输出序列的频率特性来确定系统的频率特性 ，再由 得到系统的脉冲响应h[k]。 若该LTI系统输入x[k]的DTFT为 ,系统输出y[k]的DTFT为 ，则系统的频率特性可表示为： 有限长序列的DTFT可以利用FFT计算出其在区间 内的N个等间隔频率点上的样点值： X = fft(x,N); Y = fft(y,N); 再利用 H = Y./X 和 h = ifft(H,N) 可以得到系统的单位脉冲响应h[k]。 三、 实验内容 1.已知某LTI系统的差分方程为： （1）初始状态 ，输入 计算系统的完全响应。 （2）当以下三个信号分别通过系统时，分别计算离散系统的 零状态响应： （3）该系统具有什么特性？ (1) N=100; b=[0.0675,0.1349,0.0675]; a=[1,-1.143,0.412]; x=ones(1,N); zi=filtic(b,a,[1,2]); y=filter(b,a,x,zi); N=100; b=[0.0675,0.1349,0.0675]; a=[1,-1.143,0.412]; x=ones(1,N); zi=filtic(b,a,[1,2]); y=filter(b,a,x,zi) 2.已知某因果LTI系统的系统函数为： （1）计算系统的单位脉冲响应。 (2）当信号 通过系统时，计算系统的零状态响应。 结果： y = Columns 1 through 6 0.0357 0.2155 0.5863 0.9737 1.1492 1.1002 Columns 7 through 12 0.9903 0.9472 0.9735 1.0098 1.0187 1.0066 Columns 13 through 18