基于matlab的信号消噪处理和程序设计1

课程设计任务书题目基于MATLAB的信号消噪处理和程序设计专业、班级电子信息工程学号姓名主要内容、基本要求、主要参考资料等主要内容构造一个信号，在MATLAB软件平台画出时域波形和频谱图；并对所构造的信号加入干扰噪声，对加入噪声的信号进行频谱分析，利用MATLAB对含噪的信号进行滤波，画出滤波后信号的时域波形和频谱，并对滤波前后的信号进行对比，分析信号的变化。基本要求1、设构造信号为COSSINTTTF2、利用MATLAB的RANDN函数给原始信号加入高斯随机噪声3、掌握数字信号处理的基本概念、基本理论和基本方法。4、利用MATLAB对含噪信号进行滤波5、掌握MATLAB的程序设计方法。主要参考资料1、刁彦华基于MATLAB的信号消噪处理研究J河北职业技术学院学报2002,2完成期限2011627201171指导教师签名课程负责人签名2011年6月24日目录目录第一章MATLAB在信号处理中的应用3第二章含噪信号处理的MATLAB实现4第一节信号频谱分析4第二节数字滤波5第三章MATLAB程序及仿真6第一节MATLAB波形图7第二节试验程序9第四章设计体会11基于MATLAB的信号消噪处理程序设计摘要基于MATLAB有噪音语音信号处理的设计与实现，综合运用数字信号处理的理论知识对加噪声语音信号进行时域、频域分析和滤波。MATLAB对含噪信号进行分解,利用MATLAB信号处理工具箱可以快速有效地设计各种数字滤波器，从而很容易获得消噪后的信号,计算机仿真结果表明,利用MATLAB语言可以方便的得到信号含噪前后的频谱,并有效的波除噪声。滤波在信号的发送、传输、接受时都是重要的环节，数字滤波在滤波中占有重要的地位，在现代电子系统设计中得到广泛应用。关键词MATLAB软件，仿真，噪声，数字滤波第1章MATLAB在信号处理中的应用MATLAB是由美国MATHWORKS公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、FORTRAN）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。目前，MATLAB已经把工具箱延伸到了科学研究和工程应用的诸多领域，诸如数据采集、数据库接口、概率统计、样条拟合、优化算法、偏微分方程求解、神经网络、小波分析、信号处理、图像处理等。MATLAB是一个数据分析和处理功能十分强大的工程实用软件，运用它来进行语音信号的采集相当便捷，文章介绍了在MATLAB环境中如何驱动声卡采集语音信号和语音信号采集后的文档处理方法，并对所采集的语音信号进行时域和频域的分析。另外，利用MATLAB环境采用双线性变换法设计数字滤波器滤除高频成分。给出了用双线性变换法设计IIR数字滤波器的方法,并通过用MATLAB语言来实现。双线性法可以使系统经变换后仍保持原有特性,而且这种方法是S域和Z域的单值一一对应,克服了频率交叠产生的混叠效应最后使用MATLAB语言实现了满足要求的低通IIR滤波器。第2章含噪信号处理的MATLAB实现第一节信号频谱分析信号频谱分析的实际上是研究如何将信号分解为正交函数集的各分量的叠加,在此我们讨论的正交函数集是最常用的三角函数集,并从信号分量的组成情况去考察信号的特性。正弦波、方波、三角波和白噪声信号是实际工程测试中常见的典型信号，这些信号时域、频域之间的关系很明确，并且都具有一定的特性，通过对这些典型信号的频谱进行分析，对掌握信号的特性，熟悉信号的分析方法大有益处，并且这些典型信号也可以作为实际工程信号分析时的参照资料。信号的频谱可分为幅值谱、相位谱、功率谱、对数谱等等。对信号作频谱分析的设备主要是频谱分析仪，它把信号按数学关系作为频率的函数显示出来，其工作方式有模拟式和数字式二种。模拟式频谱分析仪以模拟滤波器为基础，从信号中选出各个频率成分的量值；数字式频谱分析仪以数字滤波器或快速傅立叶变换为基础，实现信号的时频关系转换分析。傅立叶变换是信号频谱分析中常用的一个工具，它把一些复杂的信号分解为无穷多个相互之间具有一定关系的正弦信号之和，并通过对各个正弦信号的研究来了解复杂信号的频率成分和幅值。信号频谱分析是采用傅立叶变换将时域信号XT变换为频域信号XF，从而帮助人们从另一个角度来了解信号的特征。时域信号XT的傅氏变换为上式中XF为信号的频域表示，XT为信号的时域表示，F为频率。频谱是构成信号的各频率分量的集合，它完整地表示了信号的频率结构，即信号由哪些谐波组成，各谐波分量的幅值大小及初始相位，从而揭示了信号的频率信息。对周期信号来说，信号的谱线只会出现在0,F1,F2,FN,等离散频率点上，这种频谱称为离散谱。第二节数字滤波数字滤波是数字信号分析中最重要的组成部分之一，数字滤波与模拟滤波相比，具有精度和稳定性高、系统函数容易改变、灵活性高、不存在阻抗匹配问题、便于大规模集成、可实现多维滤波等优点。数字滤波器的作用是利用离散时间系统的特性对输入信号波形（或频谱）进行加工处理，或者说利用数字方法按预定的要求对信号进行变换。把输入序列XN变换成一定的输出序列YN从而达到改变信号频谱的目的。从广义讲，数字滤波是由计算机程序来实现的，是具有某种算法的数字处理过程。若输入信号为XT，其频谱为X，并且已知其频宽为M。在满足采样定理的条件下进行A/D转换，则采样信号的频谱应为其中采样频率S2M。显然这是一个以S为周期的谱图，当通过数字滤波器后，其频谱应为由模拟低通滤波器设计巴特沃斯低通滤波器L确定数字低通滤波器的技术指标通带截止频率WP，通带衰减P阻带截止频率WS阻带衰减S。2将数字低通滤波器的技术指标转换为模拟低通滤波器的技术指标。只转换边界频率WP,WS,P，S指标不作变化，边界频率的转换关系为脉冲响应不变法。3按照模拟低通滤波器的技术指标设计模拟低通滤波器。4将模拟滤波器系统函数HAS，从S平面转换到Z平面，得到数字滤波器的系统函数HZ，转换关系为脉冲响应不变法ZEST。第三章MATLAB程序及仿真第一节MATLAB波形图图1图2图3第二节试验程序原始时域信号FIGURE1TLINSPACE0,6,512FSINTPICOSTPISUBPLOT2,1,1PLOTT,FTITLEFTSINTCOSTXLABELTYLABELF（T）GRIDON原始信号的幅频特性FW1FFTFFWABSFW1SUBPLOT2,1,2PLOTFW132TITLE原始信号的幅频特性XLABELWYLABEL|FW|GRIDON对原始时域信号加噪声FIGURE2RANDNSTATE,0MRANDN1,512YF015MSUBPLOT2,1,1PLOTT,YTITLE加噪信号的时域特性XLABELTYLABELYGRIDON加噪声信号的幅频特性FW2FFTYFXABSFW2SUBPLOT2,1,2PLOTFX132TITLE加噪信号的幅频特性XLABELWYLABEL|FXW|GRIDON滤波后信号的时域信号FIGURE3N,WCBUTTORD001,030,4,68B,ABUTTERN,WCY1FILTERB,A,YSUBPLOT2,1,1PLOTT,Y1TITLE滤波后信号的时域特性XLABELTYLABELY1GRIDON滤波后信号的幅频特性FW3FFTY1FYABSFW3SUBPLOT2,1,2PLOTFY132TITLE滤波后信号的幅频特性XLABELWYLABEL|FYW|GRIDON第4章设计体会经过一周的努力，终于顺利完成了这次的课程设计，虽然时间较短，但我感觉从本次课程设计中学到了很多书上学不到的东西。我们同一课题的几个同学，我们花费课很多的时间和精力。相互之间帮忙协作，上网搜索相关资料，到图书馆查阅相关文献，遇到难题，共同商讨。解决不了的问题，我们就像老师和其他同学虚心请教。最终，我们一起解决了一个又一个难题，虽然，我们有过争吵，但是在真理面前，我们的行动是一致的。运用MATLAB实现信号处理,简单高效,仿真效果好,特别适合信号与系统及数字信号处理的辅助教学,MATLAB在教学方面十分重要。刚开始没有针对性，不知道自己到底该干些什么，查些什么资料，找到了资料却不知道该哪些方面。后来，在老师的指导和同组同学的帮助下，逐渐融入了角色。慢慢地，我能够从图书馆里查找各种资料，虽然过程很艰难，但毕竟是做出来了，感觉很高兴。这次课程设计让我认识到了知识和实践的重要性。只有牢固掌握了所学的知识，才能有清晰的思路，知道每一步该怎样走。才能顺利的解决每一个问题。就以这次课程设计为例吧。刚拿到题目的时候，大致看一下要求，根据平时所学的知识，脑海中就立刻会想到应该用到的的基本知识和理论，然后再去图书馆去查