信号处理实验五谱分析

一、实验项目名称 谱分析没下载券联系企鹅241777728给你传原文件二、实验目的 研究不同类型的窗函数，研究一些不同的方法来测试窗的性能：专注于有关窄带信号的几个不同的情形三、实验内容与步骤1.实验原理信号是无限长的，而在进行信号处理时只能采用有限长信号，所以需要将信号“截断”。在信号处理中，“截断”被看成是用一个有限长的“窗口”看无限长的信倍号，或者从分析的角度是无限长的信号乘以有限长的窗函数，由傅里叶变换性质可知如果是频宽有限信号，而是频宽无限函数，截断后的信号也必是频宽无限信号，从而产生所谓的频谱泄漏。频谱泄漏是不可避免的，但要尽量减小，因此设计了不同的窗函数满足不同用途的要求。从能量的角度，频谱泄漏也是能量泄漏，因为加窗后，使原来的信号集中在窄频带内的能量分散到无限的频宽范围。Matlab信号处理工具箱提供了8种窗函数：(1) 函数boxcar()用于产生矩形窗，调用格式：w=boxcar(N)其中，N为窗长度，w为返回的窗函数序列。矩形窗的表达式为(2) 函数Hanning()用于产生汉宁窗，调用格式：w=hanning(N)Hanning窗表达式为(3) 函数Hamming()用于产生汉明窗，调用格式为w=hamming(N)汉明窗的表达式为(4) 函数bartlett()用于产生巴特利特窗，调用格式为w=bartlett(N)巴特利特窗的表达式为 (5) 函数blackman()用于产生布莱克曼窗，调用格式w=blackman(N)布莱克曼窗表达式为(6) 函数triang()用来产生triang窗，调用格式w=triang(N)triang窗类似于bartlett窗，triang窗两端不为0，而bartlett窗两端为0。(7) 函数kaiser()用于产生kaiser窗，调用格式w=kaiser(N,beta) 其中，beta是kaiser窗的参数，影响窗旁瓣幅值的衰减率。kaiser窗表达式式中，是第一类零阶贝塞尔函数，是一个可自由选择的参数，它可以同时调整主瓣宽度与旁瓣电平，越大，则窗越窄，而频谱的旁瓣越小，但主瓣宽度也相应增加。因而改变值就可对主瓣宽度与旁辩衰减进行选择。(8) 函数chebwin()用于产生切比雪夫窗，调用格式w=chebwin(N,r)其中，r是窗口的旁瓣幅值在主瓣以下的分贝数。切比雪夫窗的特点是主瓣的宽度最小，而旁瓣都是等高的且高度可调整。各种窗函数的幅频响应都存在明显的主瓣和旁瓣，主瓣频宽印旁瓣的幅恒定减持性决定f窗函数的应用。不同窗函数在这两方面的特点是不相同的。如blcakman窗具有最宽的主瓣，而chebyshev窗具有最窄的主瓣等。主旁瓣的频宽还与窗长度N有关。增加窗长度N将缩小窗函数主瓣宽度，但不能减小旁瓣幅值衰减相对值(分贝数)，这个值是由窗函数决定的。2. 实验内容1、用MATLAB编程绘制各种窗函数的形状。2、用MATLAB编程绘制各种窗函数的幅频响应。3、绘制矩形窗的幅频响应，窗长度分别为：N=10，N=20，N=50，N=100。4、已知周期信号，其中，若截断时间长度分别为信号周期的0.9和1.1倍，试绘制和比较采用下面窗函数提取的的频谱。(1) 矩形窗；(2) 汉宁窗；(3) 汉明窗；(4) 巴特利特窗；(5) 布莱克曼窗；(6) triang窗；(7)kaiser窗；(8) 切比雪夫窗。用于信号分析中的窗函数可根据不同要求选择窗函数。如主瓣宽度窄的窗函数具有较高的频率分辨率，而分析窄带，且具有较强的干扰噪声的信号，应选用旁瓣幅度小的窗函数、如汉宁窗函数等。用于滤波器的窗函数，一般要求窗函数主瓣宽度窄，以获得较好过渡带；旁瓣相对值尽可能小以增加通带段的平稳度和增大带阻的衰减。四、实验环境计算机MATLAB6.5五、实验过程与分析程序程序文本1.N=30;%窗长度为30w1=boxcar(N);subplot(421),stem(w1);title(boxcar)xlabel(t),ylabel(w1(t);%画出矩形窗图形w2=hanning(N);subplot(422),stem(w2);title(hanning)xlabel(t),ylabel(w2(t);%画出汉宁窗图形w3=hamming(N);subplot(423),stem(w3);title(hamming) %画出汉明窗图形xlabel(t),ylabel(w3(t)w4=bartlett(N);subplot(424),stem(w4);title(bartlett)xlabel(t),ylabel(w4(t)%画出bartlett窗图形w5=blackman(N);subplot(425),stem(w5);title(blackman)xlabel(t),ylabel(w5(t);%画出blackman窗图形w6=triang(N);subplot(426),stem(w6);title(triang)xlabel(t),ylabel(w6(t);%画出triang窗图形w7=kaiser(N,80);subplot(427),stem(w7);title(kaiser)xlabel(t),ylabel(w7(t)%画出kaiser窗图形w8=chebwin(N,80);subplot(428),stem(w8);title(chebwin)xlabel(t),ylabel(w8(t);%画出chebwin窗图形程序运行结果如图：2.N=20;%窗长度N=20w1=boxcar(N);X,W=dtft(w1,800);%各函数幅频响应（后面都是用同样的方法）subplot(421),plot(W/2/pi,abs(X);title(boxcar)xlabel(w),ylabel(|W(jw)|);w2=hanning(N);X,W=dtft(w2,800);subplot(422),plot(W/2/pi,abs(X);title(hanning)xlabel(w),ylabel(|W(jw)|);w3=hamming(N);X,W=dtft(w3,800);subplot(423),plot(W/2/pi,abs(X);title(hamming)xlabel(w),ylabel(|W(jw)|);w4=bartlett(N);X,W=dtft(w4,800);subplot(424),plot(W/2/pi,abs(X);title(bartlett)xlabel(w),ylabel(|W(jw)|);w5=blackman(N);X,W=dtft(w5,800);subplot(425),plot(W/2/pi,abs(X);title(blackman)xlabel(w),ylabel(|W(jw)|);w6=triang(N);X,W=dtft(w6,800);subplot(426),plot(W/2/pi,abs(X);title(triang)xlabel(w),ylabel(|W(jw)|);w7=kaiser(N,80);X,W=dtft(w7,800);subplot(427),plot(W/2/pi,abs(X);title(kaiser)xlabel(w),ylabel(|W(jw)|);w8=chebwin(N,80);X,W=dtft(w8,800);subplot(428),plot(W/2/pi,abs(X);title(chebwin)xlabel(w),ylabel(|W(jw)|);3.w1=boxcar(10);%窗长度分别取N=10,20,50,100X,W=dtft(w1,800); %矩形窗的幅频响应subplot(221),plot(W/2/pi,abs(X);title(N=10)xlabel(w),ylabel(|W(jw)|);w2=boxcar(20);X,W=dtft(w2,800);subplot(222),plot(W/2/pi,abs(X);title(N=20)xlabel(w),ylabel(|W(jw)|);w3=boxcar(50);X,W=dtft(w3,800);subplot(223),plot(W/2/pi,abs(X);title(N=50)xlabel(w),ylabel(|W(jw)|);w4=boxcar(100);X,W=dtft(w4,800);subplot(224),plot(W/2/pi,abs(X);title(N=100)xlabel(w),ylabel(|W(jw)|);4.fs=20; Tp=2.24; %基本周期Tpf=25/16; N1=0.9*Tp*fs;%截断时间长度为信号周期的0.9倍n1=0:N1-1;w1=boxcar(N1);x1=0.75+3.4*cos(2*pi*f*n1/fs)+2.7*cos(4*pi*f*n1/fs)+1.5*sin(3.5*pi*f*n1/fs)+2.5*sin(7*pi*f*n1/fs); y1=w1.*x1;Y1,W1=dtft(y1,1000); %提取的矩形窗函数频谱subplot(221),plot(W1/2/pi,abs(Y1);grid,title(信号周期0.9的矩形窗（幅频）);xlabel(f);ylabel(|Y1|);subplot(223),plot(W1/2/pi,angle(Y1);grid,title(信号周期0.9的矩形窗（相频）);xlabel(f);ylabel(Y1); N2=1.1*Tp*fs;%截断时间长度为信号周期的1.1倍n2=0:N2-1;w2=boxcar(N2);x2=0.75+3.4*cos(2*pi*f*n2/fs)+2.7*cos(4*pi*f*n2/fs)+1.5*sin(3.5*pi*f*n2/fs)+2.5*sin(7*pi*f*n2/fs); y2=w2.*x2;Y2,W2=dtft(y2,1000); %提取的矩形窗函数频谱subplot(222),plot(W2/2/pi,abs(Y2);grid,title(信号周期1.1的矩形窗（幅频）);xlabel(f);ylabel(|Y2|);subplot(224),plot(W2/2/pi,angle(Y2);grid,title(信号周期1.1的矩形窗（相频）);xlabel(f);ylabel(Y2);fs=20; Tp=2.24; f=25/16; N1=0.9*Tp*fs;%截断时间长度为信号周期的0.9倍n1=0:N1-1;w1=hanning(N1);x1=0.75+3.4*cos(2*pi*f*n1/fs)+2.7*cos(4*pi*f*n1/fs)+1.5*sin(3.5*pi*f*n1/fs)+2.5*sin(7*pi*f*n1/fs); y1=w1.*x1;Y1,W1=dtft(y1,1000); %提取的窗函数频谱subplot(221),plot(W1/2/pi,abs(Y1);grid,title(信号周期0.9的汉宁窗（幅频）);xlabel(f);ylabel(|Y1|);subplot(223),plot(W1/2/pi,angle(Y1);grid,title(信号周期0.9的汉宁窗（相频）);xlabel(f);ylabel(Y1);N2=1.1*Tp*fs; %截断时间长度为信号周期的1.1倍n2=0:N2-1;w2=hanning(N2);x2=0.75+3.4*cos(2*pi*f*n2/fs)+2.7*cos(4*pi*f*n2/fs)+1.5*sin(3.5*pi*f*n2/fs)+2.5*sin(7*pi*f*n2/fs); y2=w2.*x2;Y2,W2=dtft(y2,1000); %提取的窗函数频谱subplot(222),plot(W2/2/pi,abs(Y2);grid,title(信号周期1.1的汉宁窗（幅频）);xlabel(f);ylabel(|Y2|);subplot(224),plot(W2/2/pi,angle(Y2);grid,title(信号周期1.1的汉宁窗（相频）);xlabel(f);ylabel(Y2);fs=20; Tp=2.24; f=25/16; N1=0.9*Tp*fs; %截断时间长度为信号周期的0.9倍n1=0:N1-1;w1=hamming(N1);x1=0.75+3.4*cos(2*pi*f*n1/fs)+2.7*cos(4*pi*f*n1/fs)+1.5*sin(3.5*pi*f*n1/fs)+2.5*sin(7*pi*f*n1/fs); y1=w1.*x1;Y1,W1=dtft(y1,1000); %提取的窗函数频谱subplot(221),plot(W1/2/pi,abs(Y1);grid,title(信号周期0.9的汉明窗（幅频）);xlabel(f);ylabel(|Y1|);subplot(223),plot(W1/2/pi,angle(Y1);grid,title(信号周期0.9的汉明窗（相频）);xlabel(f);ylabel(Y1);N2=1.1*Tp*fs; %截断时间长度为信号周期的1.1倍n2=0:N2-1;w2=hamming(N2);x2=0.75+3.4*cos(2*pi*f*n2/fs)+2.7*cos(4*pi*f*n2/fs)+1.5*sin(3.5*pi*f*n2/fs)+2.5*sin(7*pi*f*n2/fs); y2=w2.*x2;Y2,W2=dtft(y2,1000); %提取的窗函数频谱subplot(222),plot(W2/2/pi,abs(Y2);grid,title(信号周期1.1的汉明窗（幅频）);xlabel(f);ylabel(|Y2|);subplot(224),plot(W2/2/pi,angle(Y2);grid,title(信号周期1.1的汉明窗（相频）);xlabel(f);ylabel(Y2);fs=20; Tp=2.24; f=25/16; N1=0.9*Tp*fs; %截断时间长度为信号周期的0.9倍n1=0:N1-1;w1=bartlett(N1);x1=0.75+3.4*cos(2*pi*f*n1/fs)+2.7*cos(4*pi*f*n1/fs)+1.5*sin(3.5*pi*f*n1/fs)+2.5*sin(7*pi*f*n1/fs); y1=w1.*x1;Y1,W1=dtft(y1,1000); %提取的窗函数频谱subplot(221),plot(W1/2/pi,abs(Y1);grid,title(信号周期0.9的巴特雷特窗（幅频）);xlabel(f);ylabel(|Y1|);subplot(223),plot(W1/2/pi,angle(Y1);grid,title(信号周期0.9的巴特雷特窗（相频）);xlabel(f);ylabel(Y1); N2=1.1*Tp*fs; %截断时间长度为信号周期的1.1倍n2=0:N2-1;w2=bartlett(N2);x2=0.75+3.4*cos(2*pi*f*n2/fs)+2.7*cos(4*pi*f*n2/fs)+1.5*sin(3.5*pi*f*n2/fs)+2.5*sin(7*pi*f*n2/fs); y2=w2.*x2;Y2,W2=dtft(y2,1000); %提取的窗函数频谱subplot(222),plot(W2/2/pi,abs(Y2);grid,title(信号周期1.1的巴特雷特窗（幅频）);xlabel(f);ylabel(|Y2|);subplot(224),plot(W2/2/pi,angle(Y2);grid,title(信号周期1.1的巴特雷特窗（相频）);xlabel(f);ylabel(Y2);fs=20; Tp=2.24; f=25/16; N1=0.9*Tp*fs; %截断时间长度为信号周期的0.9倍n1=0:N1-1;w1=blackman(N1);x1=0.75+3.4*cos(2*pi*f*n1/fs)+2.7*cos(4*pi*f*n1/fs)+1.5*sin(3.5*pi*f*n1/fs)+2.5*sin(7*pi*f*n1/fs); y1=w1.*x1;Y1,W1=dtft(y1,1000); %提取的窗函数频谱subplot(221),plot(W1/2/pi,abs(Y1);grid,title(信号周期0.9的布莱克曼窗（幅频）);xlabel(f);ylabel(|Y1|);subplot(223),plot(W1/2/pi,angle(Y1);grid,title(信号周期0.9的布莱克曼窗（相频）);xlabel(f);ylabel(Y1);N2=1.1*Tp*fs; %截断时间长度为信号周期的1.1倍n2=0:N2-1;w2=blackman(N2);x2=0.75+3.4*cos(2*pi*f*n2/fs)+2.7*cos(4*pi*f*n2/fs)+1.5*sin(3.5*pi*f*n2/fs)+2.5*sin(7*pi*f*n2/fs); y2=w2.*x2;Y2,W2=dtft(y2,1000); %提取的窗函数频谱subplot(222),plot(W2/2/pi,abs(Y2);grid,title(信号周期1.1的布莱克曼窗（幅频）);xlabel(f);ylabel(|Y2|);subplot(224),plot(W2/2/pi,angle(Y2);grid,title(信号周期1.1的布莱克曼窗（相频）);xlabel(f);ylabel(Y2);fs=20; Tp=2.24; f=25/16; N1=0.9*Tp*fs; %截断时间长度为信号周期的0.9倍n1=0:N1-1;w1=triang(N1);x1=0.75+3.4*cos(2*pi*f*n1/fs)+2.7*cos(4*pi*f*n1/fs)+1.5*sin(3.5*pi*f*n1/fs)+2.5*sin(7*pi*f*n1/fs); y1=w1.*x1;Y1,W1=dtft(y1,1000); %提取的窗函数频谱subplot(221),plot(W1/2/pi,abs(Y1);grid,title(信号周期0.9的triang窗（幅频）);xlabel(f);ylabel(|Y1|);subplot(223),plot(W1/2/pi,angle(Y1);grid,title(信号周期0.9的triang窗（相频）);xlabel(f);ylabel(Y1);N2=1.1*Tp*fs; %截断时间长度为信号周期的1.1倍n2=0:N2-1;w2=triang(N2);x2=0.75+3.4*cos(2*pi*f*n2/fs)+2.7*cos(4*pi*f*n2/fs)+1.5*sin(3.5*pi*f*n2/fs)+2.5*sin(7*pi*f*n2/fs); y2=w2.*x2;Y2,W2=dtft(y2,1000); %提取的窗函数频谱subplot(222),plot(W2/2/pi,abs(Y2);grid,title(信号周期1.1的triang窗（幅频）);xlabel(f);ylabel(|Y2|);subplot(224),plot(W2/2/pi,angle(Y2);grid,title(信号周期1.1的triang窗（相频）);xlabel(f);ylabel(Y2);fs=20; Tp=2.24; f=25/16; N1=0.9*Tp*fs; %截断时间长度为信号周期的0.9倍n1=0:N1-1;w1=kaiser(N1,2);x1=0.75+3.4*cos(2*pi*f*n1/fs)+2.7*cos(4*pi*f*n1/fs)+1.5*sin(3.5*pi*f*n1/fs)+2.5*sin(7*pi*f*n1/fs); y1=w1.*x1;Y1,W1=dtft(y1,1000); %提取的窗函数频谱subplot(221),plot(W1/2/pi,abs(Y1);grid,title(信号周期0.9的kaiser窗（幅频）);xlabel(f);ylabel(|Y1|);subplot(223),plot(W1/2/pi,angle(Y1);grid,title(信号周期0.9的kaiser窗（相频）);xlabel(f);ylabel(Y1);N2=1.1*Tp*fs; %截断时间长度为信号周期的1.1倍n2=0:N2-1;w2=kaiser(N2,2);x2=0.75+3.4*cos(2*pi*f*n2/fs)+2.7*cos(4*pi*f*n2/fs)+1.5*sin(3.5*pi*f*n2/fs)+2.5*sin(7*pi*f*n2/fs); y2=w2.*x2;Y2,W2=dtft(y2,1000); %提取的窗函数频谱subplot(222),plot(W2/2/pi,abs(Y2);grid,title(信号周期1.1的kaiser窗（幅频）);xlabel(f);ylabel(|Y2|);subplot(224),plot(W2/2/pi,angle(Y2);grid,title(信号周期1.1的kaiser窗