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信号处理-习题(答案)课案
数字信号处理习题解答
第二章 数据采集技术基础
2.1 有一个理想采样系统,其采样角频率Ωs=6π,采样后经理想低通滤波器Ha(jΩ)还原,其中
现有两个输入,x1(t)=cos2πt,x2(t)=cos5πt。试问输出信号y1(t),y2(t)有无失真?为什么?
分析:要想时域采样后能不失真地还原出原信号,则采样角频率Ωs必须大于等于信号谱最高角频率Ωh的2倍,即满足Ωs≥2Ωh。
解:已知采样角频率Ωs=6π,则由香农采样定理,可得
因为x1(t)=cos2πt,而频谱中最高角频率,所以y1(t)无失真;
因为x2(t)=cos5πt,而频谱中最高角频率,所以y2(t)失真。
2.2 设模拟信号x(t)=3cos2000πt +5sin6000πt +10cos12000πt,求:
该信号的最小采样频率;
若采样频率fs=5000Hz,其采样后的输出信号;
分析:利用信号的采样定理及采样公式来求解。
采样定理
采样后信号不失真的条件为:信号的采样频率fs不小于其最高频率fm的两倍,即
fs≥2fm
采样公式
解:(1)在模拟信号中含有的频率成分是
f1=1000Hz,f2=3000Hz,f3=6000Hz
∴信号的最高频率fm=6000Hz
由采样定理fs≥2fm,得信号的最小采样频率fs=2fm =12kHz
(2)由于采样频率fs=5kHz,则采样后的输出信号
说明:由上式可见,采样后的信号中只出现1kHz和2kHz的频率成分,即
若由理想内插函数将此采样信号恢复成模拟信号,则恢复后的模拟信号
可见,恢复后的模拟信号y(t) 不同于原模拟信号x(t),存在失真,这是由于采样频率不满足采样定理的要求,而产生混叠的结果。
第三章 傅里叶分析
傅里叶变换概述
3.1 [习题3.2]设序列x(n)=δ(n-m),求其频谱X(ejω),并讨论其幅频和相频响应
分析:求解序列的频谱有两种方法:
先求序列的z变换X(z),再求频谱,即X(ejω)为单位圆上的z变换;
直接求序列的傅里叶变换
解:对序列x(n)先进行z变换,再求频谱,得
则
若系统的单位采样响应h(n)=x(n),则系统的频率响应
故其幅频和相频响应(如图)分别为
幅频响应
相频响应
由图可见,该系统的频率响应具有单位幅值以及线性相位的特点。
3.2 设x(n)的傅里叶变换为X(ejω),试利用X(ejω)表示下列序列的傅里叶变换:
分析:利用序列翻褶后的时移性质和线性性质来求解,即
,
解:(1)由于,,则
故
(2)由于
故
3.3 设X(ejω)是如图所示的信号x(n)的傅里叶变换,不必求出X(ejω),试完成下列计算:
分析:利用序列傅里叶变换的定义以及帕塞瓦定理来求解。
序列的傅里叶变换公式为:
正变换
反变换
帕塞瓦定理
解:(1)由傅里叶正变换公式可知ω=0,则
(2)由于ej0=1,则由傅里叶反变换公式可知n=0,故
由帕塞瓦定理,得
周期序列的离散傅里叶级数(DFS)
3.4 如图所示,序列x(n)是周期为6的周期性序列,试求其傅里叶级数的系数。
分析:利用DFS的定义求解,即
,其中k = 0 ~ (N-1)
解:已知N = 6,则由DFS的定义得
对上式依次取k = 0 ~ 5,计算求得
3.5 设,
令,,试求与的周期卷积。
分析:可以利用列表法求解,直观方便。由于
只要将列表中对应于某个n的一行中的值和第一行中与之对应的值相乘,然后再将所有乘积结果相加,就得到此n的值
解:
注意:本题需要利用下一节中有限序列与周期序列的关系以及序列循环移位的概念。
在一个周期(N=6)内的计算卷积值
则与的周期卷积值(n=0~5)如下表所示:
离散傅里叶变换(DFT)
3.6 已知x(n)如图所示,为{1,1,3,2},试画出序列x((-n))5,x((-n))6 R6(n),x((n))3 R3(n),x((n))6, x((n-3))5R5(n) 和x((n))7 R7(n)的略图。
分析:
此题需注意周期延拓的数值,也就是x((n))N中N的数值。如果N比序列的点数多,则需补零;如果N比序列的点数少,则需将序列按N为周期进行周期延拓,造成混叠相加形成新的序列。
解:
各序列的略图如图所示。
3.7 试求下列有限长序列的N点离散傅里叶变换(闭合形式表达式):
分析:利用有限长序列的DFT的定义,即
解:(1)因为,所以
(2)因为,所以
(3)由,得
注意:为了便于求解,必须利用代数简化法消除掉上式中的变量n。
所以
(4)注意:本题可利用上题的结论来进行化简。
由,则
根据第(3)小题的结论:若
则
与上题同理,得
所以
3.8 试画出图示的两个有限长
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