信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)五譜分析

一、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱 譜分析沒下載券聯(lián)系企鵝241777728給你傳原文件二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?研究不同類型的窗函數(shù)，研究一些不同的方法來測(cè)試窗的性能：專注于有關(guān)窄帶信號(hào)的幾個(gè)不同的情形三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1.實(shí)驗(yàn)原理信號(hào)是無限長(zhǎng)的，而在進(jìn)行信號(hào)處理時(shí)只能采用有限長(zhǎng)信號(hào)，所以需要將信號(hào)“截?cái)唷?。在信?hào)處理中，“截?cái)唷北豢闯墒怯靡粋€(gè)有限長(zhǎng)的“窗口”看無限長(zhǎng)的信倍號(hào)，或者從分析的角度是無限長(zhǎng)的信號(hào)乘以有限長(zhǎng)的窗函數(shù)，由傅里葉變換性質(zhì)可知如果是頻寬有限信號(hào)，而是頻寬無限函數(shù)，截?cái)嗪蟮男盘?hào)也必是頻寬無限信號(hào)，從而產(chǎn)生所謂的頻譜泄漏。頻譜泄漏是不可避免的，但要盡量減小，因此設(shè)計(jì)了不同的窗函數(shù)滿足不同用途的要求。從能量的角度，頻譜泄漏也是能量泄漏，因?yàn)榧哟昂?，使原來的信?hào)集中在窄頻帶內(nèi)的能量分散到無限的頻寬范圍。Matlab信號(hào)處理工具箱提供了8種窗函數(shù)：(1) 函數(shù)boxcar()用于產(chǎn)生矩形窗，調(diào)用格式：w=boxcar(N)其中，N為窗長(zhǎng)度，w為返回的窗函數(shù)序列。矩形窗的表達(dá)式為(2) 函數(shù)Hanning()用于產(chǎn)生漢寧窗，調(diào)用格式：w=hanning(N)Hanning窗表達(dá)式為(3) 函數(shù)Hamming()用于產(chǎn)生漢明窗，調(diào)用格式為w=hamming(N)漢明窗的表達(dá)式為(4) 函數(shù)bartlett()用于產(chǎn)生巴特利特窗，調(diào)用格式為w=bartlett(N)巴特利特窗的表達(dá)式為 (5) 函數(shù)blackman()用于產(chǎn)生布萊克曼窗，調(diào)用格式w=blackman(N)布萊克曼窗表達(dá)式為(6) 函數(shù)triang()用來產(chǎn)生triang窗，調(diào)用格式w=triang(N)triang窗類似于bartlett窗，triang窗兩端不為0，而bartlett窗兩端為0。(7) 函數(shù)kaiser()用于產(chǎn)生kaiser窗，調(diào)用格式w=kaiser(N,beta) 其中，beta是kaiser窗的參數(shù)，影響窗旁瓣幅值的衰減率。kaiser窗表達(dá)式式中，是第一類零階貝塞爾函數(shù)，是一個(gè)可自由選擇的參數(shù)，它可以同時(shí)調(diào)整主瓣寬度與旁瓣電平，越大，則窗越窄，而頻譜的旁瓣越小，但主瓣寬度也相應(yīng)增加。因而改變值就可對(duì)主瓣寬度與旁辯衰減進(jìn)行選擇。(8) 函數(shù)chebwin()用于產(chǎn)生切比雪夫窗，調(diào)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貝數(shù)。切比雪夫窗的特點(diǎn)是主瓣的寬度最小，而旁瓣都是等高的且高度可調(diào)整。各種窗函數(shù)的幅頻響應(yīng)都存在明顯的主瓣和旁瓣，主瓣頻寬印旁瓣的幅恒定減持性決定f窗函數(shù)的應(yīng)用。不同窗函數(shù)在這兩方面的特點(diǎn)是不相同的。如blcakman窗具有最寬的主瓣，而chebyshev窗具有最窄的主瓣等。主旁瓣的頻寬還與窗長(zhǎng)度N有關(guān)。增加窗長(zhǎng)度N將縮小窗函數(shù)主瓣寬度，但不能減小旁瓣幅值衰減相對(duì)值(分貝數(shù))，這個(gè)值是由窗函數(shù)決定的。2. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、用MATLAB編程繪制各種窗函數(shù)的形狀。2、用MATLAB編程繪制各種窗函數(shù)的幅頻響應(yīng)。3、繪制矩形窗的幅頻響應(yīng)，窗長(zhǎng)度分別為：N=10，N=20，N=50，N=100。4、已知周期信號(hào)，其中，若截?cái)鄷r(shí)間長(zhǎng)度分別為信號(hào)周期的0.9和1.1倍，試?yán)L制和比較采用下面窗函數(shù)提取的的頻譜。(1) 矩形窗；(2) 漢寧窗；(3) 漢明窗；(4) 巴特利特窗；(5) 布萊克曼窗；(6) triang窗；(7)kaiser窗；(8) 切比雪夫窗。用于信號(hào)分析中的窗函數(shù)可根據(jù)不同要求選擇窗函數(shù)。如主瓣寬度窄的窗函數(shù)具有較高的頻率分辨率，而分析窄帶，且具有較強(qiáng)的干擾噪聲的信號(hào)，應(yīng)選用旁瓣幅度小的窗函數(shù)、如漢寧窗函數(shù)等。用于濾波器的窗函數(shù)，一般要求窗函數(shù)主瓣寬度窄，以獲得較好過渡帶；旁瓣相對(duì)值盡可能小以增加通帶段的平穩(wěn)度和增大帶阻的衰減。四、實(shí)驗(yàn)環(huán)境計(jì)算機(jī)MATLAB6.5五、實(shí)驗(yàn)過程與分析程序程序文本1.N=30;%窗長(zhǎng)度為30w1=boxcar(N);subplot(421),stem(w1);title(boxcar)xlabel(t),ylabel(w1(t);%畫出矩形窗圖形w2=hanning(N);subplot(422),stem(w2);title(hanning)xlabel(t),ylabel(w2(t);%畫出漢寧窗圖形w3=hamming(N);subplot(423),stem(w3);title(hamming) %畫出漢明窗圖形xlabel(t),ylabel(w3(t)w4=bartlett(N);subplot(424),stem(w4);title(bartlett)xlabel(t),ylabel(w4(t)%畫出bartlett窗圖形w5=blackman(N);subplot(425),stem(w5);title(blackman)xlabel(t),ylabel(w5(t);%畫出blackman窗圖形w6=triang(N);subplot(426),stem(w6);title(triang)xlabel(t),ylabel(w6(t);%畫出triang窗圖形w7=kaiser(N,80);subplot(427),stem(w7);title(kaiser)xlabel(t),ylabel(w7(t)%畫出kaiser窗圖形w8=chebwin(N,80);subplot(428),stem(w8);title(chebwin)xlabel(t),ylabel(w8(t);%畫出chebwin窗圖形程序運(yùn)行結(jié)果如圖：2.N=20;%窗長(zhǎng)度N=20w1=boxcar(N);X,W=dtft(w1,800);%各函數(shù)幅頻響應(yīng)（后面都是用同樣的方法）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);%窗長(zhǎng)度分別取N=10,20,50,100X,W=dtft(w1,800); %矩形窗的幅頻響應(yīng)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?cái)鄷r(shí)間長(zhǎng)度為信號(hào)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); %提取的矩形窗函數(shù)頻譜subplot(221),plot(W1/2/pi,abs(Y1);grid,title(信號(hào)周期0.9的矩形窗（幅頻）);xlabel(f);ylabel(|Y1|);subplot(223),plot(W1/2/pi,angle(Y1);grid,title(信號(hào)周期0.9的矩形窗（相頻）);xlabel(f);ylabel(Y1); N2=1.1*Tp*fs;%截?cái)鄷r(shí)間長(zhǎng)度為信號(hào)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); %提取的矩形窗函數(shù)頻譜subplot(222),plot(W2/2/pi,abs(Y2);grid,title(信號(hào)周期1.1的矩形窗（幅頻）);xlabel(f);ylabel(|Y2|);subplot(224),plot(W2/2/pi,angle(Y2);grid,title(信號(hào)周期1.1的矩形窗（相頻）);xlabel(f);ylabel(Y2);fs=20; Tp=2.24; f=25/16; N1=0.9*Tp*fs;%截?cái)鄷r(shí)間長(zhǎng)度為信號(hào)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); %提取的窗函數(shù)頻譜subplot(221),plot(W1/2/pi,abs(Y1);grid,title(信號(hào)周期0.9的漢寧窗（幅頻）);xlabel(f);ylabel(|Y1|);subplot(223),plot(W1/2/pi,angle(Y1);grid,title(信號(hào)周期0.9的漢寧窗（相頻）);xlabel(f);ylabel(Y1);N2=1.1*Tp*fs; %截?cái)鄷r(shí)間長(zhǎng)度為信號(hào)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); %提取的窗函數(shù)頻譜subplot(222),plot(W2/2/pi,abs(Y2);grid,title(信號(hào)周期1.1的漢寧窗（幅頻）);xlabel(f);ylabel(|Y2|);subplot(224),plot(W2/2/pi,angle(Y2);grid,title(信號(hào)周期1.1的漢寧窗（相頻）);xlabel(f);ylabel(Y2);fs=20; Tp=2.24; f=25/16; N1=0.9*Tp*fs; %截?cái)鄷r(shí)間長(zhǎng)度為信號(hào)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); %提取的窗函數(shù)頻譜subplot(221),plot(W1/2/pi,abs(Y1);grid,title(信號(hào)周期0.9的漢明窗（幅頻）);xlabel(f);ylabel(|Y1|);subplot(223),plot(W1/2/pi,angle(Y1);grid,title(信號(hào)周期0.9的漢明窗（相頻）);xlabel(f);ylabel(Y1);N2=1.1*Tp*fs; %截?cái)鄷r(shí)間長(zhǎng)度為信號(hào)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); %提取的窗函數(shù)頻譜subplot(222),plot(W2/2/pi,abs(Y2);grid,title(信號(hào)周期1.1的漢明窗（幅頻）);xlabel(f);ylabel(|Y2|);subplot(224),plot(W2/2/pi,angle(Y2);grid,title(信號(hào)周期1.1的漢明窗（相頻）);xlabel(f);ylabel(Y2);fs=20; Tp=2.24; f=25/16; N1=0.9*Tp*fs; %截?cái)鄷r(shí)間長(zhǎng)度為信號(hào)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); %提取的窗函數(shù)頻譜subplot(221),plot(W1/2/pi,abs(Y1);grid,title(信號(hào)周期0.9的巴特雷特窗（幅頻）);xlabel(f);ylabel(|Y1|);subplot(223),plot(W1/2/pi,angle(Y1);grid,title(信號(hào)周期0.9的巴特雷特窗（相頻）);xlabel(f);ylabel(Y1); N2=1.1*Tp*fs; %截?cái)鄷r(shí)間長(zhǎng)度為信號(hào)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); %提取的窗函數(shù)頻譜subplot(222),plot(W2/2/pi,abs(Y2);grid,title(信號(hào)周期1.1的巴特雷特窗（幅頻）);xlabel(f);ylabel(|Y2|);subplot(224),plot(W2/2/pi,angle(Y2);grid,title(信號(hào)周期1.1的巴特雷特窗（相頻）);xlabel(f);ylabel(Y2);fs=20; Tp=2.24; f=25/16; N1=0.9*Tp*fs; %截?cái)鄷r(shí)間長(zhǎng)度為信號(hào)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); %提取的窗函數(shù)頻譜subplot(221),plot(W1/2/pi,abs(Y1);grid,title(信號(hào)周期0.9的布萊克曼窗（幅頻）);xlabel(f);ylabel(|Y1|);subplot(223),plot(W1/2/pi,angle(Y1);grid,title(信號(hào)周期0.9的布萊克曼窗（相頻）);xlabel(f);ylabel(Y1);N2=1.1*Tp*fs; %截?cái)鄷r(shí)間長(zhǎng)度為信號(hào)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); %提取的窗函數(shù)頻譜subplot(222),plot(W2/2/pi,abs(Y2);grid,title(信號(hào)周期1.1的布萊克曼窗（幅頻）);xlabel(f);ylabel(|Y2|);subplot(224),plot(W2/2/pi,angle(Y2);grid,title(信號(hào)周期1.1的布萊克曼窗（相頻）);xlabel(f);ylabel(Y2);fs=20; Tp=2.24; f=25/16; N1=0.9*Tp*fs; %截?cái)鄷r(shí)間長(zhǎng)度為信號(hào)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); %提取的窗函數(shù)頻譜subplot(221),plot(W1/2/pi,abs(Y1);grid,title(信號(hào)周期0.9的triang窗（幅頻）);xlabel(f);ylabel(|Y1|);subplot(223),plot(W1/2/pi,angle(Y1);grid,title(信號(hào)周期0.9的triang窗（相頻）);xlabel(f);ylabel(Y1);N2=1.1*Tp*fs; %截?cái)鄷r(shí)間長(zhǎng)度為信號(hào)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); %提取的窗函數(shù)頻譜subplot(222),plot(W2/2/pi,abs(Y2);grid,title(信號(hào)周期1.1的triang窗（幅頻）);xlabel(f);ylabel(|Y2|);subplot(224),plot(W2/2/pi,angle(Y2);grid,title(信號(hào)周期1.1的triang窗（相頻）);xlabel(f);ylabel(Y2);fs=20; Tp=2.24; f=25/16; N1=0.9*Tp*fs; %截?cái)鄷r(shí)間長(zhǎng)度為信號(hào)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); %提取的窗函數(shù)頻譜subplot(221),plot(W1/2/pi,abs(Y1);grid,title(信號(hào)周期0.9的kaiser窗（幅頻）);xlabel(f);ylabel(|Y1|);subplot(223),plot(W1/2/pi,angle(Y1);grid,title(信號(hào)周期0.9的kaiser窗（相頻）);xlabel(f);ylabel(Y1);N2=1.1*Tp*fs; %截?cái)鄷r(shí)間長(zhǎng)度為信號(hào)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); %提取的窗函數(shù)頻譜subplot(222),plot(W2/2/pi,abs(Y2);grid,title(信號(hào)周期1.1的kaiser窗（幅頻）);xlabel(f);ylabel(|Y2|);subplot(224),plot(W2/2/pi,angle(Y2);grid,title(信號(hào)周期1.1的kaiser窗