信号分析与处理实验报告指导书.pdf

信号分析与处理及 MATLAB 基础知识 信号（Signal）一般都是随某一个或某几个独立变量的变化而变化的，例如， 温度、压力、声音，还有股票市场的日收盘指数等，这些信号都是随时间的变化 而变化的，还有一些信号，例如在研究地球结构时，地下某处的密度就是随着海 拔高度的变化而变化的。一幅图片中的每一个像素点的位置取决于两个坐标轴， 即横轴和纵轴，因此，图像信号具有两个或两个以上的独立变量。 在《信号分析与处理》课程中，我们只关注这种只有一个独立变量 （Independent variable）的信号，并且把这个独立变量统称为时间变量（Time variable），不管这个独立变量是否是时间变量。 在自然界中，大多数信号的时间变量都是连续变化的，因此这种信号被称为 连续时间信号（Continuous-Time Signals）或模拟信号（Analog Signals），例 如前面提到的温度、压力和声音信号就是连续时间信号的例子。但是，还有一些 信号的独立时间变量是离散变化的，这种信号称为离散时间信号。前面提到的股 票市场的日收盘指数，由于相邻两个交易日的日收盘指数相隔 24 小时，这意味 着日收盘指数的时间变量是不连续的，因此日收盘指数是离散时间信号。 而系统则用于对信号进行运算或处理，或者从信号中提取有用的信息，或者 滤出信号中某些无用的成分，如滤波，从而产生人们所希望的新的信号。系统通 常是由若干部件或单元组成的一个整体。系统可分为很多不同的类型，例如，根 据系统所处理的信号的不同，系统可分为连续时间系统和离散时间系统，根据系 统所具有的不同性质，系统又可分为因果系统和非因果系统、稳定系统和不稳定 系统、线性系统和非线性系统、时变系统）和时不变系统等等。 通常，我们所分析的系统只是所谓的线性时不变系统，这种系统同时满足两 个重要的基本性质，那就是线性性和时不变性，通常称为线性时不变（LTI）系 统。 1. 信号的时域表示方法 1.1将信号表示成独立时间变量的函数 例如 x(t)=sin(ωt) 和 x[n]=n(0.5)nu[n] 分别表示一个连续时间信号和一个离散时间信号。在 MATLAB 中有许多内部 函数，可以直接完成信号的这种表达，例如： sin()：正弦信号 cos()：余弦信号 exp()：指数信号 1.2用信号的波形图来描述信号 用函数曲线表示一个信号，下图就是一个连续时间信号和一个离散时间信号 1 的波形图。 1.3 将 信 号 用 一 个 数 据 序列来表示 对于离散时间信号，还可以表示成一个数的序列，例如： x[n]={， 0.1， 1.1， -1.2， 0， 1.3， ….} ↑n=0 上述三种信号的描述方法是经常要使用的。 2.MATLAB及其操作简述 2.1 MATLAB简介 MATLAB 是由美国 Math Works 公司推出的软件产品。 MATLAB 是 “Matric Laboratory”的缩写，意及“矩阵实验室”。MATLAB 是一完整的并 可扩展的计算机环境，是一种进行科学和工程计算的交互式程序语言。它的基本 数据单元是不需要指定维数的矩阵，它可直接用于表达数学的算式和技术概念， 而普通的高级语言只能对一个个具体的数据单元进行操作。因此，解决同样的数 值计算问题，使用MATLAB要比使用Basic、Fortran和C语言等提高效率许多倍。 许多人赞誉它为万能的数学“演算纸”。MATLAB 采用开放式的环境，你可以读 到它的算法，并能改变当前的函数或增添你自己编写的函数。在欧美的大学和研 究机构中，MATLAB 是一种非常流行的计算机语言，许多重要的学术刊物上发表 的论文均是用 MATLAB 来分析计算以及绘制出各种图形。它还是一种有利的教学 工具，它在大学的线性代数课程以及其它领域的高一级课程的教学中，已成为标 准的教学工具。 最初的MATLAB 是用FORTRAN编写的，在DOS环境下运行。新版的MATLAB 是 C 语言编写的高度集成系统。它在几乎所有流行的计算机机种，诸如 PC、 MACINTOSH、SUN