信号与系统课程实习报告 网络

1、 长 沙 学 院信号与系统课程设计说明书题目 信号与系统课程设计 系(部) 电子与通信工程系 专业(班级) 光电 班 姓名 学号 指导教师 起止日期 1、 目的本实验任务是将课程中的重点,难点及课后练习用MATLAB进行形象,直观的计算机模拟与仿真实现,从而加深对信号与系统,数字信号处理基本原理,方法与应用的理解,从基本理论过渡到实际应用。通过本实验的学习，掌握信号与系统的时域、变换域分析方法，理解各种变换（傅里叶变换、拉普拉斯变换、Z变换）的基本内容、性质与应用，特别要建立信号与系统的频域分析的概念以及系统函数的概念，并能建立简单电路的数学模型，对数学模型求解，掌握SimuLink仿真的基本

2、方法和元件构成，进一步提高分析问题与实践技能的能力，培养整理实验数据和分析实验结果的能力，学会信号的波形、信号的频谱与系统频率特性曲线的绘制，写出符合要求的实验报告，加深理解与巩固理论教学知识，为网络理论，通讯理论，控制理论，信号处理与信号检测等学科打下必要的基础。2、 设计内容1.MATLAB及其操作练习简单的操作2.熟悉MATLAB环境了解基本函数及各窗口功能3.典型信号的描述及运算a.试用MATLAB绘制两正弦序列f1(k)=cos(k/8)，f2(k)=cos(2k)的时域波形，观察它们的周期性，并验证是否与理论分析结果相符？（提示：并非所有的离散时间正弦序列信号都是周期的，不同于连续

3、时间正弦信号）b.已知及信号，用MATLAB绘出满足下列要求的信号波形。 （1） （2） （3） （4）c. 绘制f(t)=的时域图（选做）4.连续时间信号卷积及MATLAB实现已知两连续时间信号如下图所示，试用MATLAB求f(t)=，并绘出f(t)的时域波形图。（设定取样时间间隔为p）5.系统时域特性的仿真分析实验a. 已知描述某连续系统的微分方程为： 2y(t)+y(t)+8y(t)=f(t)试用MATLAB：（1）绘出该系统在030秒范围内，并以时间间隔0.01秒取样的冲激响应和阶跃响应的时域波形。b. 已知某离散系统的差分方程为 y(k)-y(k-1)+0.9y(k-2)=f(k)，

4、试作出：（1）以默认方式绘出系统h(k)的时域波形；（2）绘出系统在060取样点范围内h(k)的时域波形；（3）绘出系统在1040离散时间范围内h(k)的时域波形；。c. 对如下连续时间系统 通过仿真分别观察其单位冲激响应波形和在周期矩形信号作用下的零状态响应波形。6.连续时间信号的频域特性仿真实验a.试用fourier()函数求下列信号的傅立叶变换F(jw)(1)(2) b.试用ifourier()函数求的逆傅立叶变换并画出波形c.绘制f=e(-2*t)的幅值图（选做）7.连续信号的采样与恢复（重构）设信号f(t)=Sa(t)sin(t)/t，在取样间隔分别为Ts=0.7（令m1，c=1.1

5、m）和Ts=1.5（令m1，c=m）的两种情况下，对信号f(t)进行采样，试编写MATLAB程序代码，并绘制出采样信号波形。8.拉普拉斯变换及其逆变换a.求解下述信号的拉普拉斯变换，并利用MATLAB绘制拉普拉斯变换的曲面图：（1）（2）b. 已知信号的拉普拉斯变换如下所示，试用MATLAB绘制曲面图，观察拉普拉斯变换零极点分布对曲面图的影响。 （1） （2）c.试用MATLAB求下列信号的拉普拉斯逆变换 （1） （2）9.离散系统的Z域分析已知离散系统的系统函数分别为：（1）（2）试用MATLAB分析：(1) 绘出系统的零极点图，根据零极点图判断系统的稳定性；3.设计要求1、进一步巩固和加深

6、信号与系统的基本知识理解，提高运用所学知识的能力。2、在实习过程中，独立思考，深入钻研，培养自己独立分析问题，解决问题的能力。3、课前做好预习，准确分析实验结果。4、能正确使用matlab，掌握基本功能，能正确调试程序。5、能独立撰写实习报告，记录实验数据。4、进度安排序号设计内容所用时间1布置任务，2011.11.212查询资料，预习指导书2011.11.283实验仿真2011.11.29-2011.12.14调试、测试2011.12.25验收，答辩2011.12.36撰写课程设计报告书2011.12.3-2011.12.7合 计1周（11月28日12月3日）5、课程考核要求（1）课程考核成

7、绩构成课程设计报告，考查报告撰写规范、资料齐备，侧重点是代码是否整齐，规范、调试与测试结果、创新点、总结内容。包括学生学习态度，纪律情况。（2） 评分办法和评分标准分为优、良、中、及格和不及格五个等级。优秀：能得到正确的实验结果，独立分析、解决实际问题，能熟练调试实验，分析实验结果，课程设计期间无违纪行为，圆满完成所规定的任务；良好：能较好地完成课程设计任务，能正确回答问题，课程设计态度端正，期间无违纪行为；中等：能完成基本功能和一半以上的扩展功能，考核时能正确回答主要问题，课程设计期间无违纪行为；及格：能完成基本功能，内容基本正确，但任务不够完整、系统。课程设计期间无违纪行为；不及格：不能实

8、现基本任务的一半以上，或参加课程设计时间为所规定时间的1/4以下者，或课程设计期间有严重的违纪行为。6、注意事项（1）步骤：预习、仿真、调试、测试、总结。（2）验收时上交设计样品和设计总结报告。设计总结报告要求同时上交纸质文档（A4）和电子文档（word），具体格式详见附件。（3）通过本课程设计，应重点掌握一般电路的设计方法、指标计算和调试测试方法。（4）要保持整洁和安静，不要大声喧哗，不要随地吐痰,不要乱丢纸屑、杂物。（5）爱护仪器设备及公物，凡违反操作规程不听从教师指导而损坏仪器及公物，按规定赔偿。教研室意见： 负责人签名：长沙学院课程设计鉴定表姓名彭亮明学号2009041224专业光电信

9、息工程班级二班设计题目信号与系统指导教师童耀南、王路露、张刚林指导教师意见：评定等级： 教师签名： 日期： 答辩小组意见：评定等级：答辩小组长签名：日期：教研室意见：教研室主任签名： 日期： 系（部）意见：系主任签名：日期：说明课程设计成绩分“优秀”、“良好”、“中”、“及格”、“不及格”五类；目 录程序设计与实验仿真结果图103.典型信号的描述及运算104.连续时间信号卷积及MATLAB实现115.系统时域特性的仿真分析实验126.连续时间信号的频域特性仿真实验157.连续信号的采样与恢复（重构）178.拉普拉斯变换及其逆变换189.离散系统的Z域分析23课程设计结论与心得24 题目 信号与

10、系统课程设计摘 要 本实验任务是将课程中的重点,难点及课后练习用MATLAB进行形象,直观的计算机模拟与仿真实现,从而加深对信号与系统,数字信号处理基本原理,方法与应用的理解,从基本理论过渡到实际应用。通过本实验的学习，掌握信号与系统的时域、变换域分析方法，理解各种变换（傅里叶变换、拉普拉斯变换、Z变换）的基本内容、性质与应用，特别要建立信号与系统的频域分析的概念以及系统函数的概念，并能建立简单电路的数学模型，对数学模型求解，掌握SimuLink仿真的基本方法和元件构成，进一步提高分析问题与实践技能的能力，培养整理实验数据和分析实验结果的能力，学会信号的波形、信号的频谱与系统频率特性曲线的绘制

11、，写出符合要求的实验报告，加深理解与巩固理论教学知识，为网络理论，通讯理论，控制理论，信号处理与信号检测等学科打下必要的基础。1 程序设计与实验仿真结果图3.典型信号的描述及运算a.试用MATLAB绘制两正弦序列f1(k)=cos(k/8)，f2(k)=cos(2k)的时域波形，观察它们的周期性，并验证是否与理论分析结果相符？MATLAB程序代码如下：k=0:40; subplot(2,1,1),stem(k,cos(k*pi/8), .)title(cos(k*pi/8) subplot(2,1,2), stem(k,cos(2*k), .) title(cos(2*k)MATLAB程序代码

12、运行结果如下：b.已知及信号，用MATLAB绘出满足下列要求的信号波形。 （1） （2） （3） （4）syms tf1=sym(-1*t+4)*(u(t)-u(t-4)subplot(2,3,1),ezplot(f1)f2=sym(sin(2*pi*t)subplot(2,3,4),ezplot(f2,-4,4)y1=subs(f1,-2*t)f3=-(f1+y1)subplot(2,3,2),ezplot(f3)f4=f2*f3subplot(2,3,3),ezplot(f4)f5=f1*f2subplot(2,3,5),ezplot(f5)y2=subs(f1,t-2)f6=f2+y2s

13、ubplot(2,3,6),ezplot(f6) 其中，u(t)子程序定义为function f=u(t)f=(t0);c. 绘制f(t)=的时域图（选做）4.连续时间信号卷积及MATLAB实现已知两连续时间信号如下图所示，试用MATLAB求f(t)=，并绘出f(t)的时域波形图。（设定取样时间间隔为p）p=0.1; k1=-1:p:1 f1=2*ones(1,length(k1) k2=-2:p:2 f2=ones(1,length(k2) f,k=sconv(f1,f2,k1,k2,p)5.系统时域特性的仿真分析实验a. 已知描述某连续系统的微分方程为： 2y(t)+y(t)+8y(t)=

14、f(t)试用MATLAB：（1）绘出该系统在030秒范围内，并以时间间隔0.01秒取样的冲激响应和阶跃响应的时域波形。冲激响应a=2 1 8; b=1; subplot(2,1,1),impulse(b,a,0:0.01:30);subplot(2,1,2),step(b,a,0:0.01:30)b. 已知某离散系统的差分方程为 y(k)-y(k-1)+0.9y(k-3)=f(k)，试作出：（1）以默认方式绘出系统h(k)的时域波形；a=1 -1 0.9b=1impz(b,a)（2）绘出系统在060取样点范围内h(k)的时域波形；a=1 -1 0.9b=1impz(b,a,0:60)（3）绘出

15、系统在1040离散时间范围内h(k)的时域波形；a=1 -1 0.9b=1impz(b,a,-10:40)c. 对如下连续时间系统 通过仿真分别观察其单位冲激响应波形和在周期矩形信号作用下的零状态响应波形。单位冲激响应波形 周期矩形信号波形 冲激响应的零状态响应波形 周期矩形信号作用下的零状态响应波形 6.连续时间信号的频域特性仿真实验a.试用fourier()函数求下列信号的傅立叶变换F(jw)(1)syms t; x=t*exp(-2*t)*sym(Heaviside(t); F=fourier(x); ezplot(abs(F);(2)%函数相当于f（t）=u（t）-u（-t）syms

16、t; x= sym(Heaviside(t)-sym(Heaviside(-t); F=fourier(x); ezplot(abs(F);axis(-6 6,-0.1 15);b.试用ifourier()函数求的逆傅立叶变换并画出波形 syms t w; F=-j*2*w/(16+w2); subplot(1,2,1); ezplot(abs(F); f=ifourier(F,t); subplot(1,2,2); ezplot(f); c.绘制f=e(-2*t)的幅值图（选做）7.连续信号的采样与恢复（重构）设信号f(t)=Sa(t)sin(t)/t，在取样间隔分别为Ts=0.7（令m1，

17、c=1.1m）和Ts=1.5（令m1，c=m）的两种情况下，对信号f(t)进行采样，试编写MATLAB程序代码，并绘制出采样信号波形。wm=1; wc=1.1*wm; Ts=0.7*pi; ws=2*pi/Ts; n=-100:100; nTs=n*Ts; f=sinc(nTs/pi); t=-15:0.5:15; f=sinc(t/pi); stem(t,f); xlabel(kTs); ylabel(f(kTs); title(sa(t)=sinc(t/pi)临界采样信号); wm=1; wc=wm; Ts=1.5*pi; ws=2*pi/Ts; n=-100:100; nTs=n*Ts;

18、 f=sinc(nTs/pi); t=-15:0.8:15; f=sinc(t/pi); stem(t,f); xlabel(kTs); ylabel(f(kTs); title(sa(t)=sinc(t/pi)临界采样信号); 8.拉普拉斯变换及其逆变换a.求解下述信号的拉普拉斯变换，并利用MATLAB绘制拉普拉斯变换的曲面图：（1）拉普拉氏变换是s/4+s*sa=-1:0.08:1;b=-4:0.1:4;a,b=meshgrid(a,b);d=4*ones(size(a);c=a+i*b;e=c.*c;f=e+d;g=c./f;g=abs(g);mesh(a,b,g);surf(a,b,g

19、);axis(-1,1,-4,4,0,15);title(单边正弦信号拉氏变换曲面图);colormap(hsv);（2）拉普拉氏变换是 1/(s+2)*(s+2)+1a=-3:0.1:0;b=-2:0.08:2;a,b=meshgrid(a,b);d=ones(size(a);c=a+i*b;e=(c+2).*(c+2);f=e+d;g=1./f;g=abs(g);mesh(a,b,g);surf(a,b,g);axis(-3,0,-2,2,0,15);title(单边正弦信号拉氏变换曲面图);colormap(hsv);b. 已知信号的拉普拉斯变换如下所示，试用MATLAB绘制曲面图，观察

20、拉普拉斯变换零极点分布对曲面图的影响。 （1）a=-6:0.48:6;b=-6:0.48:6;a,b=meshgrid(a,b);c=a+i*b;d=(c+1).*(c+4);e=c.*(c+2).*(c+3);c=d./e;c=abs(c);mesh(a,b,c);surf(a,b,c);axis(-6,6,-6,6,0,4.5);title(拉普拉斯变换曲面图);colormap(hsv);view(-25,30)（2）a=-6:0.48:6;b=-6:0.48:6;a,b=meshgrid(a,b);c=a+i*b;d=c.*c-4;e=c.*c+4;c=d./e;c=abs(c);me

21、sh(a,b,c);surf(a,b,c);axis(-6,6,-6,6,0,4.5);title(拉普拉斯变换曲面图);colormap(hsv);view(-25,30)c.试用MATLAB求下列信号的拉普拉斯逆变换 （1）a=1 5 6 0;b=1 5 4;r,p,k=residue(b,a)结果如下：r = -0.6667 1.0000 0.6667p = -3.0000 -2.0000 0k = 则对应的逆变换为（2）a=1 2 2 1;b=1;r,p,k=residue(b,a)结果如下：r = 1.0000 -0.5000 - 0.2887i -0.5000 + 0.2887ip = -1.0000 -0.5000 + 0.8660i -0.5000 - 0.8660ik = 则对应的逆变换为9.离散系统的Z域分析已知离散系统的系统函数分别为：（1）A=2 0 0 -1;B=1 -2 -1;ljdt(A,B)不稳定（2）A=2 1 -4 1;B=1 0 2;ljdt(A,B)试用MATLAB