信号与系统实验指导书(Matlab版)宁波大学..doc

宁波大学信息科学与工程学院COLLEGE OF INFORMATION SCIENCE AND ENGINEERING,NINGBO UNIVERSITY信号与系统实验指导书(Matlab版)董建峰 曾兴斌 蒋刚毅 编2009年3月修订信号与系统实验指导书(Matlab版)目 录实验一 连续信号的时域分析1实验二 线性系统的时域分析2实验三 连续时间周期信号的傅里叶级数3实验四 非周期信号的频域分析4实验五 信号的抽样和重构5实验六 系统的频率特性6实验七 拉普拉斯变换7实验八 离散信号和系统的时域分析8实验九 离散系统的Z域分析9.1.实验一 连续信号的时域分析一、实验目的掌握利用Matlab画图函数和符号函数显示常用连续信号波形、连续信号在时域中的基本运算及连续信号的奇偶分解的方法。二、实验内容1、连续信号的波形表示（单边指数信号、正弦信号、复指数信号、Sinc函数、单位阶跃信号、单位冲击信号）a. 画出教材(上册)P38习题1-9(4)的波形图。b. 画出教材(上册)中P9图1-8。c. 画出教材(上册)P39习题1-11(2)、(5)(a=2,t0=1)的波形图。d. 用符号函数sign画出单位阶跃信号u(t-2)的波形（-5t10）。e. 单位冲击信号可看作是宽度为，幅度为的矩形脉冲，即t=t1处的冲击信号为画出,t1=1的单位冲击信号。f. 画出复指数信号当(0t10)的实部和虚部的波形图。2、信号的基本运算（相加、相乘、反折、移位、尺度变换）a. 画出教材(上册)中P13图1-16、1-17(取).b. 利用符号函数subs画出教材(上册)中P11图1-13(a)(b)(c)(d),并与P38习题1-4进行对比。 3、信号的奇偶分解利用符号函数subs画出教材(上册)中P40习题1-18(c)(d)的波形并画出信号的奇分量和偶分量的波形。实验二 线性系统的时域分析一、实验目的掌握利用Matlab工具箱求解线性时不变系统的冲激响应、阶跃响应和零状态响应，理解卷积概念。二、实验内容1、连续系统的冲击响应、阶跃响应、LTI连续系统的响应a. 利用impulse和step函数画出教材(上册)P49方程(2-20)的冲击响应和阶跃响应的波形。b. 利用lsim函数画出教材(上册)P49方程(2-20)当e(t)=4u(t)时的零状态响应的波形。2、连续时间信号卷积a. 画出教材(上册)P62图2-12(a)、(b)并利用conv函数画出它们的卷积积分P64图2-14。 b. 画出教材(上册)P84习题2-13(3)的f1(t)和f2(t)，并利用conv函数画出它们的卷积积分。实验三 连续时间周期信号的傅里叶级数一、实验目的掌握连续时间周期信号的傅里叶级数的展开和合成，理解吉布斯现象，掌握周期矩形脉冲信号的频谱及不同周期、脉冲宽度对周期信号频谱的影响。二、实验内容1周期信号的傅里叶级数的展开和合成画出教材(上册)P99图3-6(b)(c)(d)，进一步画出对称方波的7、9、11次谐波的傅里叶级数合成波形，观察吉布斯现象。2周期矩形脉冲信号的频谱a. 画出周期矩形脉冲的傅里叶级数的频谱教材(上册)P104图3-9(d)；b. 取E=1，t=1, 画出教材(上册)P105图3-11(a)(b)右边的频谱；c. 取E=1，T1=10, 画出教材(上册)P106图3-12右边的频谱。 实验四 非周期信号的频域分析一、实验目的理解非周期信号的频域分析方法，掌握典型信号的幅度谱和相位谱，理解信号的调制特性，掌握傅里叶变换的性质：尺度变换、时移、频移、卷积定理、对称性、微分特性。二、实验内容1、利用符号函数fourier和ifourier求傅里叶变换和傅里叶逆变换。a. 利用符号函数fourier求教材(上册)P114双边指数信号当a=3时的傅里叶变换表达式。b. 利用符号函数ifourier求教材(上册)P114公式(3-32)第一式当a=1时的傅里叶逆变换表达式。c. 利用符号函数fourier和ezplot画出及其幅频谱。2、矩形脉冲信号和周期矩形脉冲信号的频谱比较 画出教材(上册)P110图3-18右边的离散谱和连续谱。3、幅度调制信号及其频谱已知线性调制信号表示式如下：a. ； b. 式中，试分别画出它们的波形图和频谱图4、傅里叶变换的性质（尺度变换、时移、频移、卷积定理、对称性）a. 设，求的频谱，并与的频谱进行比较。(提示：利用单位阶跃信号的符号函数Heaviside)b. 画出、 和的幅度谱和相位谱，观察信号时移对信号频谱的影响。c. 画出、和的频谱，进行相互比较。d. 画出、及其、和的图形，验证时域卷积定理。e. 设,已知信号的傅里叶变换为，求的傅里叶变换，画出各自的图形，并验证对称性。实验五 信号的抽样和重构一、实验目的理解模拟信号的取样与重构过程，理解信号时域采样对频域的影响，理解抽样定理。二、实验内容1、设xa(t)=e-1000|t|，求其傅里叶变换Xa(j) （分析：在10-5精度下，可取xa(t)的最高频率分量fh=2000，因此若取抽样间隔T=5*10-51/2fh，就可得到xa(t)的逼近序列x(n)。）2、以上例xa(t)说明取样速率对频域特性的影响；a. 取样速率Fs=5000Hz，给出X1(jw)曲线b. 取样速率Fs=1000Hz，给出X2(jw)曲线3、对上面产生的x1(n)、x2(n)序列，采用内插函数sinc重构xa(t)。实验六 系统的频率特性一、实验目的掌握求系统频率响应的方法; 掌握信号经系统的频域分析方法。二、实验内容1、设，利用freqs函数画出系统幅频特性曲线和相频特性曲线。2、设，利用freqs函数画出系统幅频特性曲线和相频特性曲线。设激励信号为，画出稳态响应的波形。实验七 拉普拉斯变换一、实验目的掌握系统零极点求法, 理解其含义; 并能利用零极点分析系统的时域和频域特性; 掌握系统的复频域和频域之间的关系。二、实验内容1、利用mesh函数画出信号f(t)=sin(t)u(t)的拉普拉斯变换的曲面图。2、利用meshgrid、mesh、surf函数画出信号f(t)= u(t)-u(t-2)的拉普拉斯变换的曲面图，观察曲面图在虚轴剖面上的曲线，并将其与信号傅里叶变换绘制的振幅频谱进行比较。3、画出的曲面图，观察拉普拉斯变换的零极点。4、利用roots函数画出a.和的零极点图。5、已知拉普拉斯变换，利用residue函数求其拉普拉斯逆变换。6、已知系统函数为，利用residue函数求该系统的冲击响应h(t)，并利用impulse函数画出其时域波形，判断系统的稳定性。实验八 离散信号和系统的时域分析一、实验目的掌握常用离散信号、线性时不变系统的单位样值响应和零状态响应，理解卷积概念。二、实验内容1、常用离散信号的表示（单位序列、单位阶跃序列、正弦序列、实指数序列、复指数序列）编写程序来产生下列基本脉冲序列：a. 单位脉冲序列，起点n0，终点nf，在ns处有一单位脉冲。b. 单位阶跃序列，起点n0，终点nf，在ns前为0，在ns后为1。c. 正弦序列下册教材P8图7-8。d. 实指数序列下册教材P78图7-7。e. 复指数序列和。2、画出教材(下册)P37习题7-3(3)的图形。3、利用conv函数画出教材(下册)P33例7-16卷积的图形。4、利用impz函数求出教材(下册)P28例7-14的单位样值响应的图形。5、利用filter函数求下列差分方程当时的零状态响应，并画出x(n)和y(n)的图形。实验九 离散系统的Z域分析一、实验目的理解并掌握系统函数的概念; 掌握利用系统函数零极点分析系统的稳定性和频率特性，