北工大matlab作业实验报告

北工大MATLAB实验报告

完成日期:2018.12

目录

实验一用FFT进行谱分析 (3)

一、实验内容 (3)

二、实验过程 (3)

三、实验代码 (4)

四、实验结果及分析 (5)

五、实验心得 (5)

实验二噪声数据的抑制 (6)

一、实验内容 (6)

二、实验过程 (7)

三、实验结果分析 (14)

四、实验心得 (15)

参考文献 (15)

实验一用FFT进行谱分析

一、实验内容

FFT的用途之一是找出隐藏或淹没在噪声时域信号中信号的频率成分。本题要求用FFT 对试验数据进行谱分析，指出数据包含的频率成份。

提示：首先建立试验数据。过程推荐如下：生成一个包含两个频率成分的试验信号，对这个信号加入随机噪声，形成一个加噪信号y。（试验数据参数推荐为：数据采样频率为1000Hz，时间区间从t=0到t=0.25，步长0.001秒，噪声的标准偏差为2，两个频率成分的试验信号可取50Hz和120Hz）。

（1）绘制加噪信号y它的波形。

（2）求出含噪声信号y的离散傅立叶变换（取它的FFT），（FFT试验参数推荐为：256点）。

（3）求出信号的功率谱密度（它是不同频率所含能量的度量），并绘制功率谱图，标记出两个频谱峰值对应的频率分量。

二、实验过程

1．打开matlab软件，根据实验要求，用已知条件求出重要参数：

N=256;

n=0:N-1;

t=n/fs;

2.绘制加入了噪声信号的y图象：

y=sin(2*pi*50*t)+sin(2*pi*120*t)+2*randn(size(t));

subplot(2,2,1);

plot(y);title('y的波形');

3.对y求付里叶变换：

Y=fft(y,N);

4.绘制Y的幅值图象：

fudu=abs(Y);

f=n*fs/N;

subplot(2,2,2)

plot(f,fudu)；

5.抽取256点进行绘图：

subplot(2,2,3)

plot(f(1:N/2),fudu(1:N/2));

6.利用y的自相关函数求出y的功率谱，并绘图：

y2=xcorr(y,'unbiased');

y2p=fft(y2,N);

yk=abs(y2p);

subplot(2,2,4)

plot(f(1:N/2),yk(1:N/2));title('功率谱')

三、实验代码

N=256;

n=0:N-1;

t=n/fs;

y=sin(2*pi*50*t)+sin(2*pi*120*t)+2*randn(size(t)); subplot(2,2,1);

plot(y);title('y的波形');

Y=fft(y,N);

fudu=abs(Y);

f=n*fs/N;

subplot(2,2,2)

plot(f,fudu)

subplot(2,2,3)

plot(f(1:N/2),fudu(1:N/2));

y2=xcorr(y,'unbiased');

y2p=fft(y2,N);

yk=abs(y2p);

subplot(2,2,4)

plot(f(1:N/2),yk(1:N/2));title('功率谱')

四、实验结果及分析

结果分析：功率谱的两个峰值对应的频率分别为：f=50Hz和120Hz

五、实验心得

学习了一个学期的MATLAB，现在终于能够进行一次实践了。实验过程中，总会出现一些错误。这些错误经常是因为错误使用标点造成的。所以，在编程的过程中要十分小心。虽然这只是一次小实验，但我感觉到了这个软件功能的强大，以后我还会更加深入地学习。

实验二 噪声数据的抑制

一、 实验内容

考虑一组实际数据，它可以用以下公式建模：

11.02cos(284)040()2

0n

n n x n ππ?++≤≤?

=???

其它

可以看出，这是在缓慢变化的指数信号分量（1.02n

）上叠加了一个正弦干扰噪声序列。试设计一种算法（滤波器），要求在()x n 中能够抑制、甚至消除这个正弦干扰噪声。 提示：可以考虑用L 点移动平均滤波器（MA ）对()x n 进行滤波处理，若L=3，并用()x n 作为MA 滤波器的输入信号，则其输出：

[]2

1()()

31

()(1)(2)3

i y n x n i x n x n x n ==-=+-+-∑

是3个最近的输入值的数字平均。3点MA 的框图模型见图。

图3点MA 滤波器的框图

更长长度的MA 滤波器有可能产生更好的噪声抑制效果，请试验选取7点MA 滤波器，即：

6

1()()7i y n x n i ==-∑

给出试验结果。

二、实验过程

1.打开simulink，并选择所需要的模板，然后开始放置元件

2.首先产生一个指数信号

（1）我一开始用的是rate limiter来产生时钟信号n

（2）后来发现可以用ramp产生时间信号，使图象更加简单

（3）设置参数：

（4）然后进行一次仿真，波形图如下：

产生时钟信号（5）接下来建立指数信号

（6）进行仿真，波形如下：

（7）但我们需要的非零值区间为[0,40]，根据上前面的波形图，很明显不是实验所需要的信号，所以，利用两个单位阶跃信号相减建立窗函数：

（8）进行一次仿真，波形如下：

所以，得到了所需要的窗信号（9）将窗信号与指数信号相乘

（10）进行仿真，波形如下

这便是我们所需要的指数信号

（11）类似于上述的方法，建立噪声正弦波信号，并进行仿真，如下

仿真波形：

（12）接着，将这两部分信号叠加，得到输入信号x(n):

仿真波形：

（13）建立七点MA滤波器进行滤波：

仿真波形：

三、实验结果分析

七点MA滤波器对抑制信号有良好效果

四、实验心得

本次实验花相当长的时间，一开始觉得题目挺简单的，但是由于Simulink软件用提不熟练，所以大部分时间用来探索元器件的使用和功能上。在图书馆翻阅了很多资料，但还是处于一知半解状态。再从网上查找资料，用了特别多的时间。不过，最后还是把实验做完了，还是感到很开心的。

参考文献

1.《Matlab软件基础教程》罗杰，陕西师范大学出版总社有限公司

2.《MATLAB 8.X实战指南》赵小川，清华大学出版社

3.《数字信号处理导论》胡广书，清华大学出版社

4.《 MATLAB图像处理编程与应用》张涛，机械工业出版社

5.《 MATLAB应用与实验教程》贺超英，电子工业出版社