第二章實驗離散時間系統(tǒng)的時域分析

1、-作者xxxx-日期xxxx第二章實驗離散時間系統(tǒng)的時域分析【精品文檔】 南昌大學(xué)實驗報告學(xué)生姓名：* 學(xué) 號: 6103413001 專業(yè)班級： * 實驗類型： 驗證 綜合 設(shè)計 創(chuàng)新 實驗日期： 實驗成績： 第二章：離散時間信號的時域分析一、實驗?zāi)康模?、學(xué)會用MATLAB在時域中產(chǎn)生一些基本的離散時間信號，并對這些信號進(jìn)行一些基本的運(yùn)算。2、學(xué)會使用基本的MATLAB命令，并將它們應(yīng)用到簡單的數(shù)字信號處理問題中。二、實驗要求：1、學(xué)習(xí)并調(diào)試本章所給的例子。2、回答書后給出的問題。3、實驗報告僅回答奇數(shù)信號的例子。三、實驗程序及結(jié)果Q2.1 對M=2，運(yùn)行上述程序，生成輸入xn=s1n+s

2、2n的輸出信號。輸入xn的哪個分量被該離散時間系統(tǒng)抑制？滑動平均系統(tǒng) % 程序 P2_1% 一個M點滑動平均濾波器的仿真% 產(chǎn)生輸入信號n = 0:100;s1 = cos(2*pi*0.05*n); % 一個低頻正弦s2 = cos(2*pi*0.47*n); % 一個高頻正弦x = s1+s2;% M點滑動平均濾波器的實現(xiàn)M = input('濾波器所需的長度 = ');num = ones(1,M);y = filter(num,1,x)/M;clf;subplot(2,2,1);plot(n, s1);axis(0, 100, -2, 2);xlabel('時間

3、序號n'); ylabel('振幅');title('低頻正弦');subplot(2,2,2);plot(n, s2);axis(0, 100, -2, 2);xlabel('時間序號n'); ylabel('振幅');title('高頻正弦');subplot(2,2,3);plot(n, x);axis(0, 100, -2, 2);xlabel('時間序號n'); ylabel('振幅');title('輸入信號');subplot(2,2,4);pl

4、ot(n, y);axis(0, 100, -2, 2);xlabel('時間序號n'); ylabel('振幅');title('輸出信號'); axis;仿真結(jié)果如圖所示：輸入部分高頻分量被抑制了。對濾波器長度M和正弦信號s1n和s2n的頻率取其他值，運(yùn)行程序P2.1,算出結(jié)果。n = 0:100;s1=cos(2*pi*0.02*n);s2=cos(2*pi*0.46*n);x = s1+s2;% M點滑動平均濾波器的實現(xiàn)M = input('濾波器所需的長度 = ');num = ones(1,M);y = filter(

5、num,1,x)/M;clf;figure,subplot(2,2,1);plot(n, s1);axis(0, 100, -2, 2);xlabel('時間序號n'); ylabel('振幅');title('低頻正弦');subplot(2,2,2);plot(n, s2);axis(0, 100, -2, 2);xlabel('時間序號n'); ylabel('振幅');title('高頻正弦');subplot(2,2,3);plot(n, x);axis(0, 100, -2, 2);xl

6、abel('時間序號n'); ylabel('振幅');title('輸入信號');subplot(2,2,4);plot(n, y);axis(0, 100, -2, 2);xlabel('時間序號n'); ylabel('振幅');title('輸出信號'); axis;num =1,-ones(1,M-1);y = filter(num,1,x)/M;figure,subplot(2,2,1);plot(n, s1);axis(0, 100, -2, 2);xlabel('時間序號n&

7、#39;); ylabel('振幅');title('低頻正弦');subplot(2,2,2);plot(n, s2);axis(0, 100, -2, 2);xlabel('時間序號n'); ylabel('振幅');title('高頻正弦');subplot(2,2,3);plot(n, x);axis(0, 100, -2, 2);xlabel('時間序號n'); ylabel('振幅');title('輸入信號');subplot(2,2,4);plot(n

8、, y);axis(0, 100, -2, 2);xlabel('時間序號n'); ylabel('振幅');title('輸出信號'); axis;輸入部分的高頻成分成分被抑制了。close all n = 0:100;s1=cos(2*pi*0.02*n);s2=cos(2*pi*0.46*n);x = s1+s2;% M點滑動平均濾波器的實現(xiàn)M = input('濾波器所需的長度 = ');num = ones(1,M);y = filter(num,1,x)/M;clf;figure,subplot(2,2,1);plot

9、(n, s1);axis(0, 100, -2, 2);xlabel('時間序號n'); ylabel('振幅');title('低頻正弦');subplot(2,2,2);plot(n, s2);axis(0, 100, -2, 2);xlabel('時間序號n'); ylabel('振幅');title('高頻正弦');subplot(2,2,3);plot(n, x);axis(0, 100, -2, 2);xlabel('時間序號n'); ylabel('振幅'

10、;);title('輸入信號');subplot(2,2,4);plot(n, y);axis(0, 100, -2, 2);xlabel('時間序號n'); ylabel('振幅');title('輸出信號'); axis;num =1,-ones(1,M-1);y = filter(num,1,x)/M;figure,subplot(2,2,1);plot(n, s1);axis(0, 100, -2, 2);xlabel('時間序號n'); ylabel('振幅');title('低頻

11、正弦');subplot(2,2,2);plot(n, s2);axis(0, 100, -2, 2);xlabel('時間序號n'); ylabel('振幅');title('高頻正弦');subplot(2,2,3);plot(n, x);axis(0, 100, -2, 2);xlabel('時間序號n'); ylabel('振幅');title('輸入信號');subplot(2,2,4);plot(n, y);axis(0, 100, -2, 2);xlabel('時間序號

12、n'); ylabel('振幅');title('輸出信號'); axis;仿真結(jié)果如下圖所示：修改程序中的num=ones(1,M)為num=1,-ones(1,M-1)。  運(yùn)行結(jié)果如下圖，可以看出輸出信號保留了輸入信號xn的高頻分量，即保留了s2n分量，低頻部分s1n被抑制了。Q2.5 用不同頻率的正弦信號作為輸入信號，計算每個輸入信號的輸出信號。輸出信號是如何受到輸入信號頻率的影響的？從數(shù)學(xué)上對你的結(jié)論加以證明。% 程序P2_2% 產(chǎn)生一個正弦輸入信號clf;n = 0:200;f=input('Please inpu

13、t the value of f:')x = cos(2*pi*f*n);% 計算輸出信號x1 = x 0 0; % x1n = xn+1 x2 = 0 x 0; % x2n = xnx3 = 0 0 x; % x3n = xn-1y = x2.*x2-x1.*x3;y = y(2:202);% 畫出輸入和輸出信號subplot(2,1,1)plot(n, x)xlabel('時間序列n');ylabel('振幅');title('輸入信號')subplot(2,1,2)plot(n,y)xlabel('時間信號n');y

14、label('振幅');title('輸出信號');分別取F=0.05，F(xiàn)=0.47，F(xiàn)=0.5以及F=0，仿真結(jié)果如下所示：F=0證明：設(shè)輸入信號為，則以及。則Q2.7 運(yùn)行程序P2.3，對由加權(quán)輸入得到的yn在與相同權(quán)系數(shù)下輸出y1n和y2n相加得到的ytn進(jìn)行比較，這兩個序列是否相等？該系統(tǒng)是線性系統(tǒng)么？clf;n = 0:40;a = 2;b = -3;x1 = cos(2*pi*0.1*n);x2 = cos(2*pi*0.4*n);x = a*x1 + b*x2;num=2.2403 2.4908 2.2403;den = 1 -0.4 0.75;i

15、c = 0 0;y1 = filter(num,den,x1,ic);y2 = filter(num,den,x2,ic); y = filter(num,den,x,ic);yt = a*y1 + b*y2; d = y - yt; subplot(3,1,1)stem(n,y);ylabel('振幅');title('加權(quán)輸入: a cdot x_1n + b cdot x_2n的輸出');subplot(3,1,2)stem(n,yt);ylabel('這幅');title('加權(quán)輸出: a cdot y_1n + b cdot y

16、_2n');subplot(3,1,3)stem(n,d);xlabel('時間序號 n');ylabel('振幅');title('差信號');仿真結(jié)果如下圖所示：該仿真結(jié)果說明這兩個序列相等，該系統(tǒng)是線性系統(tǒng)。Q2.9 當(dāng)初始條件非零時重做習(xí)題Q2.7。解：令ic = 10 20；則仿真結(jié)論如下所示：這兩個序列相等，該系統(tǒng)為線性系統(tǒng)。Q2.11 假定另一個系統(tǒng)為yn=xnxn-1,修改程序P2.3，計算這個系統(tǒng)的輸出序列y1n,y2n和yn。比較yn和ytn。這兩個序列是否相等？該系統(tǒng)是線性系統(tǒng)嗎？解：這兩個序列不相等。該系統(tǒng)是非線性

17、系統(tǒng)。n=0:40;a=2;b=-3;x11=0 cos(2*pi*f1*n) 0;x12=0 0 cos(2*pi*f1*n);x21=0 cos(2*pi*f2*n) 0; x22=0 0 cos(2*pi*f2*n);y1=x11.*x12;y2=x21.*x22;yt=a*y1+b*y2;y=(a*x11+b*x21).*(a*x12+b*x22);d=y-yt;subplot(3,1,1)stem(0 n 0,y);ylabel('振幅');title('加權(quán)輸入: a cdot x_1n + b cdot x_2n的輸出');subplot(3,1,

18、2)stem(0 n 0,yt);ylabel('振幅');title('加權(quán)輸出: a cdot y_1n + b cdot y_2n');subplot(3,1,3)stem(0 n 0,d);xlabel('時間序號 n');ylabel('振幅');title('差信號');仿真結(jié)果如下所示：這兩個序列不相等，該系統(tǒng)不是線性系統(tǒng)。Q2.13 采用三個不同的延時變量D的值重做習(xí)題Q2.12。解：三個不同的延時D分別為2 6 12，圖形分別見下圖：D=2；D=6;D=12;該系統(tǒng)是時不變系統(tǒng)，滿足yn-D=yd

19、n。Q2.15 在非零的初始條件下重做習(xí)題Q2.12，該系統(tǒng)是時不變系統(tǒng)嗎？解：設(shè)ic = 5 10; 仿真結(jié)果如下所示：該仿真結(jié)果說明該系統(tǒng)是時變系統(tǒng)。Q2.17 考慮另一個系統(tǒng)：yn=nxn+xn-1,修改程序P2.4，以仿真上面的系統(tǒng)并確定該系統(tǒng)是否為時不變系統(tǒng)。解：% 程序 P2_4clf;n = 0:40; D = 10;a = 3.0;b = -2;x = a*cos(2*pi*0.1*n) + b*cos(2*pi*0.4*n);xd = zeros(1,D) x;nd=0:length(xd)-1;y=(n.*x)+0 x(1:40);yd=(nd.*xd)+0 xd(1:le

20、ngth(xd)-1);d = y - yd(1+D:41+D);subplot(3,1,1)stem(n,y);ylabel('振幅'); title('輸出 yn'); grid;subplot(3,1,2)stem(n,yd(1:41);ylabel('振幅');title('由于延時輸入 xn-10的輸出'); grid;subplot(3,1,3)stem(n,d);xlabel('時間序號 n'); ylabel('振幅');title('差值信號');grid;仿真結(jié)果

21、如下所示：從仿真結(jié)果看，該系統(tǒng)是時變系統(tǒng)。Q2.19 運(yùn)行程序，生成式（）所給的離散系統(tǒng)的沖激響應(yīng)。解：clf;N=40;num=2.2403 2.4908 2.2403;den=1 -0.4 0.75;y=impz(num,den,N);%畫出沖激相應(yīng)stem(y);xlabel('時間序號n');ylabel('振幅');>> title('沖激響應(yīng)');grid;仿真結(jié)果如下所示：Q2.21 利用filter命令編寫一個MATLB程序，生成式（）給出的因果線性時不變系統(tǒng)的沖激響應(yīng)，計算并畫出前40個的樣本。把你的結(jié)果和習(xí)題中得到

22、的結(jié)果相比較。% Program Q2_21% Compute the impulse response yclf;N = 40;num = 0.9 -0.45 0.35 0.002;den = 1.0 0.71 -0.46 -0.62;% input: unit pulsex = 1 zeros(1,N-1);% outputy = filter(num,den,x);% Plot the impulse response% NOTE: the time axis will be WRONG; h0 will% be plotted at n=1; but this will agree w

23、ith% the INCORRECT plotting that was also done% by program P2_5.stem(y);xlabel('Time index n'); ylabel('Amplitude');title('Impulse Response'); grid;仿真結(jié)果如下所示：Q2.23 運(yùn)行程序，計算輸出序列yn和y2n以及差值信號dn。yn和y2n相等嗎？% Program P2_6% Cascade Realizationclf;x = 1 zeros(1,40); % Generate the inpu

24、tn = 0:40;% Coefficients of 4th order systemden = 1 1.6 2.28 1.325 0.68;num = 0.06 -0.19 0.27 -0.26 0.12;% Compute the output of 4th order systemy = filter(num,den,x);% Coefficients of the two 2nd order systemsnum1 = 0.3 -0.2 0.4;den1 = 1 0.9 0.8;num2 = 0.2 -0.5 0.3;den2 = 1 0.7 0.85;% Output y1n of

25、 the first stage in the cascadey1 = filter(num1,den1,x);% Output y2n of the second stage in the cascadey2 = filter(num2,den2,y1);% Difference between yn and y2nd = y - y2;% Plot output and difference signalssubplot(3,1,1);stem(n,y);ylabel('Amplitude');title('Output of 4th order Realizati

26、on'); grid;subplot(3,1,2);stem(n,y2)ylabel('Amplitude');title('Output of Cascade Realization'); grid;subplot(3,1,3);stem(n,d)xlabel('Time index n');ylabel('Amplitude');title('Difference Signal'); grid;仿真結(jié)果如下所示：y(n)和y2(n)相等。Q2.25 用任意的非零初始向量ic，ic1和ic2來重做習(xí)題。c

27、lf;x=sin(2*pi*0.2*n); % Generate the inputn = 0:40;% Coefficients of 4th order systemden = 1 1.6 2.28 1.325 0.68;num = 0.06 -0.19 0.27 -0.26 0.12;xi=1 2 3 4;% Compute the output of 4th order systemy = filter(num,den,x,xi);% Coefficients of the two 2nd order systemsnum1 = 0.3 -0.2 0.4;den1 = 1 0.9 0.

28、8;num2 = 0.2 -0.5 0.3;den2 = 1 0.7 0.85;xi1=1 2;% Output y1n of the first stage in the cascadey1 = filter(num1,den1,x,xi1);xi2=3 4;% Output y2n of the second stage in the cascadey2 = filter(num2,den2,y1,xi2);% Difference between yn and y2nd = y - y2;% Plot output and difference signalssubplot(3,1,1)

29、;stem(n,y);ylabel('Amplitude');title('Output of 4th order Realization'); grid;subplot(3,1,2);stem(n,y2)ylabel('Amplitude');title('Output of Cascade Realization'); grid;subplot(3,1,3);stem(n,d)xlabel('Time index n');ylabel('Amplitude');title('Differ

30、ence Signal'); grid;仿真結(jié)果如下圖所示：Q2.27 用任意非零初始向量ic，ic1和ic2來重做習(xí)題。% Program P2.27% Cascade Realizationclf;x = 1 zeros(1,40); % Generate the inputn = 0:40;% Coefficients of 4th order systemden = 1 1.6 2.28 1.325 0.68;num = 0.06 -0.19 0.27 -0.26 0.12;ic=4 10 2 12% Compute the output of 4th order system

31、y = filter(num,den,x,ic);% Coefficients of the two 2nd order systemsnum1 = 0.3 -0.2 0.4;den1 = 1 0.9 0.8;num2 = 0.2 -0.5 0.3;den2 = 1 0.7 0.85;% Output y1n of the first stage in the cascadey1 = filter(num2,den2,x,ic(1:2);% Output y2n of the second stage in the cascadey2 = filter(num1,den1,y1,ic(3:4)

32、;% Difference between yn and y2nd = y - y2;% Plot output and difference signalssubplot(3,1,1);stem(n,y);ylabel('Amplitude');title('Output of 4th order Realization'); grid;subplot(3,1,2);stem(n,y2)ylabel('Amplitude');title('Output of Cascade Realization'); grid;subplot

33、(3,1,3);stem(n,d)xlabel('Time index n');ylabel('Amplitude');title('Difference Signal'); grid;仿真結(jié)果如下所示：Q2.29 修改程序，計算長度為15的序列hn和長度為10的序列xn的卷積，重做問題。hn和xn的樣本值你自己給定。clf;h = 3 2 1 -2 1 0 -4 0 3 1 5 4 0 3 5; % impulse responsex = 1 -2 3 -4 3 2 1 5 6 1; % input sequencey = conv(h,x);

34、n = 0:23;subplot(2,1,1);stem(n,y);xlabel('Time index n'); ylabel('Amplitude');title('Output Obtained by Convolution'); grid;x1 = x zeros(1,14);y1 = filter(h,1,x1);subplot(2,1,2);stem(n,y1);xlabel('Time index n'); ylabel('Amplitude');title('Output Generated by Filtering'); grid;仿真結(jié)果如下所示：xn后面補(bǔ)零數(shù)應(yīng)為x(n)和hn序列的長度之和減一，為14.Q2.31 使用命令break的目的是什么？使用命令break是使當(dāng)在k未到最后一個數(shù)值是此時的值已經(jīng)小于時，跳出for循環(huán)。Q2.33 考慮用差分方程描述的離散時間系統(tǒng)。