数字信号处理考查题

数字信号处理查题目（用MATLAB实现，提交代码和答案）姓名学号1自己设计一个模拟信号（几个不同频率简谐信号之和，再加一个白噪声）。用不同的采样频率把信号离散（满足和不满足采样定理）（1）画出信号波形；（2）分别作信号的谱分析（幅值）；对比采样频率的影响；2自己设计一个模拟信号（3个不同频率简谐信号之和），采样后得到数字信号，（1）画出信号波形和傅立叶频谱图；（2）用参数估计法计算其功率谱；（3）设计低通数字滤波器（去掉F2，F3），画出该滤波器幅频图、相频图，将原信号作为该滤波器的输入，计算响应；画出响应时域波形和谱图；（4）设计带通数字滤波器（去掉F1，F3），画出该滤波器幅频图、相频图，将原信号作为该滤波器的输入，计算响应；画出响应时域波形和谱图（5）设计带阻数字滤波器（去掉F2），画出该滤波器幅频图、相频图，将原信号作为该滤波器的输入，计算响应；画出响应时域波形和谱图（6）设计高通数字滤波器（去掉F1），画出该滤波器幅频图、相频图，将原信号作为该滤波器的输入，计算响应；画出响应时域波形和谱图3提出同一组数字低通技术指标；分别设计成IIR,FIR滤波器，并输入同样信号进行滤波模拟；从滤波器输出的时域和频域、滤波器的阶次等比较两种滤波器。4设计一个梳状滤波器去除信号中的50HZ及其谐波干扰，采样频率为2000HZ。要求设计滤波器阶次、系统函数、频率响应图、仿真信号检验滤波效果。5针对一调频调幅信号，（1）画出时域波形和傅立叶频谱图；（2）采用希尔伯特解调方法对其解调，得到基带信号和载波信号波形和频谱图；（3）采用短时傅里叶变换，对信号作时频分析并作图。（4）对该信号做小波分解。6对分析比维纳滤波和卡尔曼滤波7结合所学专业谈谈数字信号处理技术在工程研究中的应用。1自己设计一个模拟信号（几个不同频率简谐信号之和，再加一个白噪声）。用不同的采样频率把信号离散（满足和不满足采样定理）（1）画出信号波形；（2）分别作信号的谱分析（幅值）；对比采样频率的影响；MATLAB代码CLEARALLFS1000采样频率N1000采样点数FS1500FS2160采样频率FS1（满足采样定理）,FS2不满足采样定理N1500N2160对应的采样点数N1和N2N0N1TN/FS时间序列N10N11T1N1/FS1时间序列T1N20N21T2N2/FS2时间序列T2Y2SIN2PI10T5SIN2PI50T10SIN2PI100TRANDN1,1000原始信号Y12SIN2PI10T15SIN2PI50T110SIN2PI100T1RANDN1,500满足采样定理的信号Y22SIN2PI10T25SIN2PI50T210SIN2PI100T2RANDN1,160不满足采样定理的信号FIGURESUBPLOT3,1,1PLOTT,YXLABEL时间/SYLABEL幅值TITLE原始信号BOXOFFSUBPLOT3,1,2PLOTT1,Y1XLABEL时间/SYLABEL幅值TITLE满足采样定理的信号BOXOFFSUBPLOT3,1,3PLOTT2,Y2XLABEL时间/SYLABEL幅值TITLE不满足采样定理的信号BOXOFFFFT变换N1LENGTHY1N2LENGTHY2Y1FFTY1,N1Y2FFTY2,N2Y1ABSY1Y2ABSY2Y1Y12/N1Y2Y22/N2F11N11FS1/N1F21N21FS2/N2FIGURESUBPLOT2,1,1PLOTF11N1/2,Y11N1/2XLABEL频率/HZYLABEL幅值TITLE满足采样定理得信号幅值谱BOXOFFSUBPLOT2,1,2PLOTF21N2/2,Y11N2/2XLABEL频率/HZYLABEL幅值TITLE不满足采样定理得信号幅值谱BOXOFF运行结果0010203040506070809120020不不/S不不不不不不0010203040506070809120020不不/S不不不不不不不不不不不0010203040506070809120020不不/S不不不不不不不不不不不不0501001502002500510不不/HZ不不不不不不不不不不不不不不010203040506070800246不不/HZ不不不不不不不不不不不不不不不从上图可以看出，当采样频率满足采样定理时，即FSMAX大于信号中最高频率FMAX的2倍FSMAX2FMAX，采样之后的数字信号完整地保留了原始信号中的信息；当采样频率不满足采样定理时，即FSMAX小于信号中最高频率FMAX的2倍FSMAX2FMAX，采样之后的数字信号不能完整地保留了原始信号中的信息。在信号的幅值谱分析中也可以很明显的看出不满足采样定理的信号中100HZ的信号缺失了，不能完整的表示原始信号，而满足采样定理的信号中没有缺失，很好的表示了原始信号。题2（1）波形图和傅里叶频谱图如图1、2所示（2）参数法计算功率谱，如图3所示。程序如下FS20000采样频率N1024采样点数N0N1TN/FS时间序列X08SIN2PI250T1SIN2PI2000T2SIN2PI5000TYFFTX,NFUZHIABSYFNFS/N频率序列SUBPLOT3,1,1PLOTT,XXLABEL时间TYLABEL输出XTITLE数字信号图形SUBPLOT3,1,2PLOTF,FUZHIXLABEL频率FYLABEL幅值TITLE数字信号频谱图参数估计法计算其功率谱SUBPLOT3,1,3NFFT0HBURGSPECTRUMBURG14PSDHBURG,X,N,FS,NFFT,1024图13（3）低通数字滤波器设计（去掉F2、F3）程序如下。低通滤波器的幅频、相频图如图1、2所示。图3是输入信号波形，图4、图5分别为输入信号响应的时域波形和频谱图。WP2PI500WS2PI800RP1AS30设置低通滤波器参数N,WCBUTTORDWP,WS,RP,AS,S计算低通滤波器阶数N和3DB截止频率B,ABUTTERN,WC,S计算低通滤波器系统函数分子分母多项式系数绘制低通滤波器的损耗函数曲线K0511FK02000/5122000WK2PIFKHKFREQSB,A,WKPHAANGLEHKSUBPLOT2,3,1PLOTFK,20LOG10ABSHKGRIDONXLABEL频率HZYLABEL幅度DBAXIS0,2000,40,5TITLE低通滤波器损耗函数SUBPLOT2,3,2PLOTFK,PHAGRIDONXLABEL频率HZYLABEL相位AXIS0,2000,5,5TITLE低通滤波器相频曲线信号通过滤波器SYSTFB,AFS10000N160T01/FSN1/FSX08SIN2PI250T1SIN2PI2000T2SIN2PI5000TYLSIMSYS,X,T将输入信号通过滤波器SYSSUBPLOT2,3,3PLOTT,X输入信号图形TITLE输入信号图形SUBPLOT2,3,4PLOTT,Y,R输出信号图形TITLE输出信号图形FS20000采样频率N1024采样点数N0N1TN/FS时间序列Y0FFTY,NFUZHIABSY0FNFS/N频率序列SUBPLOT2,3,5PLOTF,FUZHIXLABEL频率FYLABEL幅值TITLE输出信号频谱图图13图45（4）带通数字滤波器设计（去掉F1、F3）程序如下。带通滤波器的幅频、相频图如图1、2所示。图3是输入信号波形，图4、图5分别为输入信号响应的时域波形和频谱图。WP2PI1500,2500WS2PI800,3200RP1AS20设置带通滤波器参数N,WCBUTTORDWP,WS,RP,AS,S计算带通滤波器阶数N和3DB截止频率B,ABUTTERN,WC,S计算带通滤波器系统函数分子分母多项式系数绘制带通滤波器的损耗函数曲线K0511FK06000/5126000WK2PIFKHKFREQSB,A,WKPHAANGLEHK相位角SUBPLOT2,3,1PLOTFK,20LOG10ABSHKGRIDONXLABEL频率HZYLABEL幅度DBAXIS0,6000,80,5TITLE带通滤波器损耗函数SUBPLOT2,3,2PLOTFK,PHAGRIDONXLABEL频率HZYLABEL相位AXIS0,6000,5,5TITLE带通滤波器相频曲线信号通过滤波器SYSTFB,AFS10000N160T01/FSN1/FSX08SIN2PI250T1SIN2PI2000T2SIN2PI5000TYLSIMSYS,X,T将输入信号通过滤波器SYSSUBPLOT2,3,3PLOTT,X输入信号图形TITLE输入信号图形SUBPLOT2,3,4PLOTT,Y,R输出信号图形TITLE输出信号图形FS20000采样频率N1024采样点数N0N1TN/FS时间序列Y0FFTY,NFUZHIABSY0FNFS/N频率序列SUBPLOT2,3,5PLOTF,FUZHIXLABEL频率FYLABEL幅值TITLE输出信号频谱图图13图45（5）带阻数字滤波器设计（去掉F2）程序如下。带阻滤波器的幅频、相频图如图1、2所示。图3是输入信号波形，图4、图5分别为输入信号响应的时域波形和频谱图。WP2PI1000,3000WS2PI1500,2500RP1AS20设置带阻滤波器参数N,WCELLIPORDWP,WS,RP,AS,S计算带阻滤波器阶数N和3DB截止频率B,AELLIPN,RP,AS,WC,STOP,S带阻滤波器系统函数分子分母多项式系数绘制带阻滤波器的损耗函数曲线K0511FK06000/5126000WK2PIFKHKFREQSB,A,WKPHAANGLEHKSUBPLOT2,3,1PLOTFK,20LOG10ABSHKGRIDONXLABEL频率HZYLABEL幅度DBAXIS0,6000,80,5TITLE带阻滤波器损耗函数SUBPLOT2,3,2PLOTFK,PHAGRIDONXLABEL频率HZYLABEL相位AXIS0,6000,5,5TITLE带阻滤波器相频曲线信号通过滤波器SYSTFB,AFS10000N160T01/FSN1/FSX08SIN2PI250T1SIN2PI2000T2SIN2PI5000TYLSIMSYS,X,T将输入信号通过滤波器SYSSUBPLOT2,3,3PLOTT,X输入信号图形TITLE输入信号图形SUBPLOT2,3,4PLOTT,Y,R输出信号图形TITLE输出信号图形FS20000采样频率N1024采样点数N0N1TN/FS时间序列Y0FFTY,NFUZHIABSY0FNFS/N频率序列SUBPLOT2,3,5PLOTF,FUZHIXLABEL频率FYLABEL幅值TITLE输出信号频谱图图13图45（6）高通数字滤波器设计（去掉F1）程序如下。高通滤波器的幅频、相频图如图1、2所示。图3是输入信号波形，图4、图5分别为输入信号响应的时域波形和频谱图。WP2PI800WS2PI500RP01AS40设置高通滤波器指标参数N,WCBUTTORDWP,WS,RP,AS,S计算高通滤波器阶数N和3DB截止频率B,ABUTTERN,WC,HIGH,S计算高通滤波器GP系统函数分子分母多项式系数绘制高通滤波器的损耗函数曲线K0511FK02000/5122000WK2PIFKHKFREQSB,A,WKPHAANGLEHKSUBPLOT2,3,1PLOTFK,20LOG10ABSHKGRIDONXLABEL频率HZYLABEL幅度DBAXIS0,2000,80,5TITLE高通滤波器损耗函数SUBPLOT2,3,2PLOTFK,PHAGRIDONXLABEL频率HZYLABEL相位AXIS0,2000,5,5TITLE高通滤波器相频曲线信号通过滤波器SYSTFB,AFS10000N160T01/FSN1/FSX08SIN2PI250T1SIN2PI2000T2SIN2PI5000TYLSIMSYS,X,T将输入信号通过滤波器SYSSUBPLOT2,3,3PLOTT,X输入信号图形TITLE输入信号图形SUBPLOT2,3,4PLOTT,Y,R输出信号图形TITLE输出信号图形FS20000采样频率N1024采样点数N0N1TN/FS时间序列Y0FFTY,NFUZHIABSY0FNFS/N频率序列SUBPLOT2,3,5PLOTF,FUZHIXLABEL频率FYLABEL幅值TITLE输出信号频谱图图13图453提出同一组数字低通技术指标；分别设计成IIR,FIR滤波器，输入同样信号进行滤波；从滤波器输出的时域和频域、滤波器的阶次等比较两种滤波器。IIRCLOSEALLCLEARALLCLCFS250采样频率低通滤波器设计WP15单位是HZWS30单位是HZRP05AS50设置滤波器参数WPWP2/FSWSWS2/FS设计数字滤波器时要进行关于PI的归一化N,WNBUTTORDWP,WS,RP,AS求数字滤波器的最小阶数和归一化截止频率人为改变滤波器的阶数N10计算机自己计算的N50严重失真B,ABUTTERN,WNHFFREQZB,A,512,FS512代表FFT变换的点数，FS代表采样频率FIGURE1SUBPLOT2,1,1PLOTF,20LOG10ABSHGRIDONXLABEL频率HZYLABEL幅度DBTITLE滤波器幅值谱SUBPLOT2,1,2PLOTF,ANGLEHGRIDONXLABEL频率HZYLABELANGLETITLE滤波器相位谱滤波处理TLINSPACE0,1,FSX4SIN2PI10T2SIN2PI50T5SIN2PI90TYFILTERB,A,XFIGUREPLOTT,X,T,Y,RGRIDLEGEND原始信号,滤波后的信号TITLE滤波前后的时域波形XLABEL时间/S画幅值谱FKX,FXFZP1X,FSFKY,FYFZP1Y,FSFIGURESUBPLOT2,1,1PLOTFX,ABSFKXGRIDTITLE滤波前的幅值谱XLABEL频率HZYLABEL幅度DBSUBPLOT2,1,2PLOTFY,ABSFKYGRIDTITLE滤波后的幅值谱XLABEL频率HZYLABEL幅度DBN10阶；0204060801001201406004002000200不不HZ不不DB不不不不不不02040608010012014042024不不HZANGLE不不不不不不0204060801001201400200400600不不不不不不不不不HZ不不DB0204060801001201400200400600不不不不不不不不不HZ不不DBN20阶0204060801001201408006004002000不不HZ不不DB不不不不不不02040608010012014042024不不HZANGLE不不不不不不0204060801001201400200400600不不不不不不不不不HZ不不DB020406080100120140051152X1065不不不不不不不不不HZ不不DBFIRCLOSEALLCLEARALLCLCFS250采样频率FS250采样频率F30,40边界频率为模拟频率HZM1,0RP05RS50DAT110RP/201/10RP/201DAT210RS/20RIPDAT1,DAT2M,FO,MO,WREMEZORDF,M,RIP,FSMM1边界频率为模拟频率HZ时必须加入采样频率FSM100人为改变阶次BREMEZM,FO,MO,WH,FFREQZB,1,512,FS查看滤波器幅频及相频特性FS1400FIGURE1SUBPLOT2,1,1PLOTF,ABSHTITLE滤波器幅频图XLABEL频率/HZYLABE