4_3 连续周期信号的频谱

周期矩形信号的频谱分析

1.周期信号的频谱 周期信号在满足一定条件时，可以分解为无数三角信号或指数之和。这就是周期信号的傅里叶级数展开。在三角形式傅里叶级数中，各谐波分量的形式为()1cos n n A n t ω?+；在指数形式傅里叶级数中，分量的形式必定为1j n t n F e ω 与1-j -n t n F e ω 成对出现。为了把周期信号所具有的各 次谐波分量以及各谐波分量的特征（如模、相角等）形象地表示出来，通常直接画出各次谐波的组成情况，因而它属于信号的频域描述。 以周期矩形脉冲信号为lifenxi 周期信号频谱的特点。周期矩形信号在一个周期（-T/2,T/2）内的时域表达式为 ,2 0,>2 ()A t T t f t ττ ≤?=?? （2-6） 其傅里叶复数系数为 12 n n A F Sa T ωττ?? = ??? （2-7） 由于傅里叶复系数为实数，因而各谐波分量的相位为零（n F 为正）或为π±（n F 为负），因此不需要分别画出幅度频谱n F 与相位频谱n φ。可以直接画出傅里叶系数n F 的分布图。 如图2.4.1所示。该图显示了周期性矩形脉冲信号()T f t 频谱的一些性质，实际上那个也是周期性信号频谱的普遍特性： ① 离散状频谱。即谱线只画出现在1ω的整数倍频率上，两条谱线的间隔为1ω（等于2π/t ）。 ② 谱线宽度的包络线按采样函数()1/2a S n ωτ的规律变化。如图2.4.2所示。但1ω 为 2π τ 时，即( )2m π ωτ =（m=1，2，……）时，包络线经过零点。在两相邻 零点之间，包络线有极值点，极值的大小分别为-0.212()2A T τ，

非周期信号的傅里叶变换MATLAB仿真实验

00[()] jw t f F f e F j w w ±??若(t)(jw)则(t)00()jwt f F f F jw e ±?±?若(t)(jw)则(t t )1()w f F f a F j a a ??若(t)(jw)则(t)()2f t f π??若(t)F(jw)则F (-w)()()df t f F jwF jw dt ??若(t)(jw)则 非周期信号的傅里叶变换MATLAB 仿真实验 一、实验目的 （1）熟悉连续非周期信号频谱特点及其分析方法； （2）掌握用MATLAB 实现傅里叶变换。 二、非周期信号的傅里叶变换原理及性质 设周期信号)(t f 展开成复指数形式的傅里叶级数为t jn n e n F t f 1)()(1ωω-∞ -∞=∑=， dt e t f T n F t jn T T 1112211)(1)(ωω--?=（两边同乘1T ） 得 dt e t f n f T n F t jn T T 1112 2 1111)()(2)(ωωωπω--?== 上式左边，当1T ∞→时，如前所述，→11/)(ωωn F 有限值，并且成为一个连续的频率函数，即频谱密度函数用)(ωF 表示为 11)(2lim )(1 ωωπωn F F T ∞→=，进而得出 dt e t f F t j ωω-∞ ∞-?=)()( 傅立叶变换的性质 （1）线性性质： 1122()()()()f t F jw f t F jw ??若和 11221122()()()()a f t a f t a F jw a F jw +?+则 （2）频移性质： （3）时移性质： （4）尺度变换性质： （5）对称性质： （6）时域微分性质：

非周期信号的频谱分析

非周期信号的频谱分析 一、 实验目的 1) 掌握用MATLAB 编程，分析门信号的频谱； 2) 掌握用MATLAB 编程，分析冲击信号的频谱； 3) 掌握用MATLAB 编程，分析直流信号的频谱； 4) 掌握用MATLAB 编程，分析阶跃信号的频谱； 5) 掌握用MATLAB 编程，分析单边信号的频谱； 二、 实验原理 常见的非周期信号有： 1、 门信号 门信号的傅里叶变换对为： 12sin( ) 2 2 ()()2 02 t g t F j Sa t ττ ωτ ωτ ωττ ω ? ?? 它的幅度频谱和相位频谱分别为 ()2F j Sa ωτωτ??= ??? 0sin()02 ()sin()0 2 ωτ?ωωτπ? >??=??

三、涉及的MATLAB函数 1、fourier函数 2、ifourier函数 四、实验内容与方法 1、验证性试验 1)门信号的傅里叶变换 MATLAB程序： Clear all; syms t w ut=sym('heaviside(t+0.5)-heaviside(t-0.5)'); subplot(2,1,1); ezplot(ut) hold on axis([-1 1 0 1.1]); plot([-0.5 -0.5],[0,1]); plot([0.5 0.5],[0,1]); Fw=fourier(ut,t,w); FFP=abs(Fw); subplot(2,1,2); ezplot(FFP,[-10*pi 10*pi]); axis([-10*pi 10*pi 0 1.1]); 程序运行结果图 2)冲激信号的傅里叶变换 MATLAB程序： clear all syms t w ut1=sym('heaviside(t+0.5)-heaviside(t-0.5)'); subplot(2,1,1); ezplot(ut1); title('脉宽为1的矩形脉冲信号') xlabel('t') hold on

实验：典型信号频谱分析报告

实验3.2 典型信号频谱分析 一、 实验目的 1. 在理论学习的基础上，通过本实验熟悉典型信号的波形和频谱特征，并 能够从信号频谱中读取所需的信息。 2. 了解信号频谱分析的基本方法及仪器设备。 二、 实验原理 1. 典型信号及其频谱分析的作用 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。本次实验利用DRVI 快速可重组虚拟仪器平台可以很方便的对上述典型信号作频谱分析。 2. 频谱分析的方法及设备 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x(t)变换为频域信号X(f)，从而帮助人们从另一个角度来了解信号的特征。时域信号x(t)的傅氏变换为： 式中X(f)为信号的频域表示，x(t)为信号的时域表示，f 为频率。 3. 周期信号的频谱分析 周期信号是经过一定时间可以重复出现的信号，满足条件： dt e t x f X ft j ?+∞ ∞--=π2)()(

连续非周期信号频谱分析及Matlab实现

《信号与系统A（1）》课程自学报告 实施报告 题目：连续非周期信号频谱分析及Matlab实现学号： 姓名： 任课教师： 联系方式：

第一部分. 理论自学内容阐述 （一） 系统物理可实现性、佩利-维纳准则 通过之前的学习我们知道，理想低通滤波器在物理上是不可能实现的，但是我们却可以做出传输特性接近理想特性的网络。 如下图是一个低通滤波器，其中 R =√RC 图1-1 一个低通滤波网络 则其网络传递函数为： （式1-1） 引入符号 ωc =1√LC ，则（式1-1）改为： 其中 ) (1t v C R L )(2t v - - ++()()()R L LC C R L C R V V H ω ωωωωωωωj 11 j 11j j 1 1 j j j 2 12+-=+++==()()()ω?ωωωωωωωωωωωj 22 2e j 3j 33j 11j H H c c c c c c =??? ? ??+??? ???+???? ??-=２＋２２２＝()()?? ?? ? ????????????? ??--=??? ? ??+???????????? ??-= 2c c 2c 22c 1arctan 11j ωωωωω?ωωωωωH

求出其冲激响应为： h (t )= 2ωc √3 e ? ωc 2sin （√3ωct ） 画出波形图及频谱图如下： 图1-2 h(t)的波形图 幅度特性 相位特性 图1-3 幅度特性和相位特性 可以看出这些曲线与理想低通滤波器有相似之处，但是同时也有不同之处。这个电路的幅度特性不可能出现零值，冲激响应的起始时刻在t=0处。 那么究竟什么样的系统数学模型可以在物理上实现呢？ 就时间域特性而言，一个物理可实现网络的冲激响应h(t)在t<0时必须为0。那么由于理想低通滤波器不是一个因果系统，所以它是不可能在物理上实现的。 从频域特性来看，|H(jw)| 要满足平方可积条件。佩利和维纳证明了对于幅

周期信号的频谱分析

信号与系统 实验报告 实验三周期信号的频谱分析 实验报告评分：_______ 实验三周期信号的频谱分析 实验目的： 1、掌握连续时间周期信号的傅里叶级数的物理意义和分析方法； 2、观察截短傅里叶级数而产生的“Gibbs现象”，了解其特点以及产生的原因；

3、掌握各种典型的连续时间非周期信号的频谱特征。 实验内容： （1）Q3-1 编写程序Q3_1，绘制下面的信号的波形图： 其中，0 = 0.5π，要求将一个图形窗口分割成四个子图，分别绘制cos( 0t)、cos(3 0t)、cos(5 0t)和x(t) 的波形图，给图形加title，网格线和x坐标标签，并且程序能够接受从键盘输入的和式中的项数。 程序如下: clear,%Clear all variables close all,%Close all figure windows dt = 0.00001; %Specify the step of time variable t = -2:dt:4; %Specify the interval of time w0=0.5*pi; x1=cos(w0.*t); x2=cos(3*w0.*t); x3=cos(5*w0.*t); N=input('Type in the number of the harmonic components N='); x=0; for q=1:N; x=x+(sin(q*(pi/2)).*cos(q*w0*t))/q; end subplot(221) plot(t,x1)%Plot x1 axis([-2 4 -2 2]); grid on, title('signal cos(w0.*t)') subplot(222) plot(t,x2)%Plot x2 axis([-2 4 -2 2]); grid on, title('signal cos(3*w0.*t))') subplot(223) plot(t,x3)%Plot x3 axis([-2 4 -2 2])

傅里叶变换和非周期信号的频谱

第10章傅里叶变换和非周期信号的频谱 10.1利用fourier 函数求下列信号的傅里叶变换F （j ω）,并利用ezplot 函数绘出其幅度频谱|F （j ω）|和相位频谱φ（ω）。观察比较三个信号的幅频特性和相频特性，并利用傅里叶变换的性质加以解释。 （1）t t t f ππ2)2sin()(1= （2）) 2(2)]2(2sin[)(2--=t t t f ππ （3）23] 2) 2sin([)(t t t f ππ= (1)syms t im re phase; f = sin(2*pi*t)/(2*pi*t); Fw = fourier(f) subplot(311); ezplot(f); axis([-2.5 2.5 -pi pi]); xlabel('时域波形'); subplot(312); ezplot(abs(Fw)); axis([-2.5 2.5 -pi pi]); xlabel('幅度谱'); im = imag(Fw); re = real(Fw); phase = atan(im/re) subplot(313); ezplot(phase); axis([-2.5 2.5 -pi pi]); xlabel('相位谱'); (2) syms t im re phase; f = sin((2*pi*(t-2))/(2*pi*(t -2)); Fw = fourier(f) subplot(311); ezplot(f); axis([-2.5 2.5 -pi pi]); xlabel('时域波形'); subplot(312); ezplot(abs(Fw)); axis([-2.5 2.5 -pi pi]); xlabel('幅度谱'); im = imag(Fw);

用FFT对信号作频谱分析

实验三：用FFT 对信号作频谱分析 一、实验原理与方法 1、用FFT 对信号作频分析是学习数字信号处理的重要内容，经常需要进行分析的信号是模拟信号的时域离散信号。对信号进行谱分析的重要问题是频谱分辨率D 和分析误差。频谱分辨率直接和FFT 的变换区间N 有关，因为FFT 能够实现的频率分辨率是N π2，因此要求D N ≤π2。可以根据此式选择FFT 的变换区间N 。误差主要来自于用FFT 作频谱分析时，得到的是离散谱，而信号（周期信号除外）是连续谱，只有当N 较大时，离散谱的包络才能逼近连续谱，因此N 要适当选择大一些。 2、周期信号的频谱是离散谱，只有用整数倍周期的长度作FFT ，得到的离散谱才能代表周期信号的频谱。如果不知道信号周期，可以尽量选择信号的观察时间长一些。 3、对模拟信号进行谱分析时，首先要按照采样定理将其变成时域离散信号。如果是模拟周期信号，也应该选取整数倍周期长度，经过采样后形成周期序列，按照周期序列的谱分析进行。 二、实验内容 1、对以下序列进行FFT 谱分析： )()(41n R n x = ?????≤≤-≤≤+=n n n n n n x 其他0 7483 01 )(2 ?????≤≤-≤≤-=n n n n n n x 其他0 7433 04)(3 选择FFT 的变换区间N 为8和16两种情况进行频谱分析，分别打印出幅频特性曲线，并进行讨论、分析。程序见附录3.1、实验结果见图3.1。 2、对以下周期序列进行谱分析： n n x 4cos )(4π = n n n x 8cos 4cos )(5π π+= 选择FFT 的变换区间N 为8和16两种情况进行频谱分析，分别打印出幅频特性曲线，并进行讨论、分析与比较。程序见附录3.2、实验结果见图3.2。 3、对模拟周期信号进行频谱分析： t t t t x πππ20cos 16cos 8cos )(6++= 选择采样频率Fs=64Hz ，FFT 的变换区间N 为16、32、64三种情况进行频谱分析，分别打印出幅频特性曲线，并进行讨论、分析与比较。程序见附录3.3、实验结果见图3.3。

非周期信号的傅里叶变换

非周期信号的傅里叶变换 前面已讨论了周期非正弦信号的傅里叶级数展开，下面来分析非周期信号的傅里叶变换。当周期信号的重复周期T无限增大时，周期信号就转化为非周期信号（单个不重复信号），如对于周期矩形脉冲波，当周期T趋于无穷大时，周期信号就转化为单个非周期脉冲。从例6-1-2的结果可知，此时信号频谱间隔趋于零，即谱线从离散转向连续，而其振幅值则趋于零，信号中各分量都变为无穷小。尽管各频率分量从绝对值来看都趋于无穷小，但其相对大小却是不相同的。为区别这种相对大小，在周期T趋于无穷大时，求 的极限，并定义此极限值为非周期函数的频谱函数，即： 当时，，转化为，即离散的频谱转为连续频谱，上式可改为： （6-4-1） 对于一个非周期信号，可由上式求出其频谱函数，同理若已知非周期信号频谱函数，则也可求出其时域表达式。其计算式为： （6-4-2） 式（6-4-1）与式（6-4-2）是一对傅里叶积分变换式，式6-4-1把时域信号转换为频域的频谱函数信号，称为傅里叶正变换。而式6-4-2是把频域信号变换为时域信号，称为傅里叶逆变换。进行傅里叶变换的函数需满足狄里赫里条件和绝对可积条件。 例6-4-1 求图6-4-1a所示的单个矩形波的频谱函数，并作振幅频谱与相位频谱图。

图 6-4-1 解：单个矩形波的频谱函数为： 它的幅度频谱与相位频谱如图6-4-1b、c所示。 从振幅频谱图上可见，矩形脉冲信号所包含的频率分量随频率增大而很快减小，信号主要成份集中于之间，即频率宽度为。如果脉冲宽度变窄，即值变 小，则信号主要频率分量所占的频率范围就变大。反之当脉冲变宽，值变大，则其主要频率分量范围就变小。对于一个较窄的脉冲信号，如果电路要使它通过，则电路的特性必须能使较大频率范围的所有信号都能通过。傅里叶变换在信号分析与处理中有重要意义。

第四章 周期信号的频谱分析

第四章 周期信号的频域分析 1. 内容提要 本章介绍连续周期信号的傅立叶级数及其基本性质；连续周期信号频谱的概念，相位谱的作用。对离散周期信号傅立叶级数和其基本性质做简单了解。 2. 学习目标 通过本章的学习，应达到以下要求： （1）掌握周期信号频谱的概念及信号频带宽度的概念。 （2）熟悉傅里叶变换的主要性质。 （3）熟悉频域分析法。 （4）了解离散傅立叶级数的概念 3. 重点难点 （1） 信号的对称性和傅立叶系数的关系 （2） 连续信号的频谱分析，包括周期信号频谱的概念，相位谱和功率谱。 4. 应用 周期信号频域分析的MATLAB 实现 5. 教案内容 4.1 连续时间信号的傅立叶变换 周期信号的定义 周期信号是定义在001/f T =(,)-∞∞区间，每隔一定的时间间隔0T ，按相同规律重复变化的信号。即对t R ?∈，存在一个大于零的0T ，使得 0()(),f t T f t t R +=?∈ 其中0T 为基波周期，002/T ωπ=为基波角频率，001/f T =为基波频率

傅立叶级数的实质 就是将复杂信号分解成为更容易处理的信号形式。 4.1.1 指数形式的傅里叶级数 连续时间信号的傅立叶级数表示为 0()jnw t n n f t C e ∞ =-∞ = ∑ 称n C 为周期信号()f t 的傅立叶系数。傅立叶系数的计算公式为 00 00 1 ()t T jn t t Cn f t e dt T ω+-= ? 4.1.2 三角形式的傅立叶级数 若函数()f t 满足狄里赫利条件，周期信号f(t) 展开成傅里叶级数。 01111212111()cos sin cos 2sin 2cos sin n n f t a a t b t a t b t a n t b n t ωωωωωω=++++++++ 0111 (cos sin )n n n a a n t b n t ωω∞ ==++∑ 式中，n 为正整数；系数0,,n n a a b 称为傅里叶系数，考虑到三角函数集是一组完备的正交函数集，因此，可得一个周期1(0,)T 的傅里叶系数： 1 11200112 11()()T T T a f t dt f t dt T T -==?? 1 10 12()cos T n a f t n tdt T ω=? 1 10 12()sin T n b f t n tdt T ω=?

周期信号的频谱的特点

周期信号的频谱的特点 一、 周期信号的频谱 一个周期信号)(t f ，只要满足狄里赫利条件，则可分解为一系列谐波分量之和。其各次谐波分量可以是正弦函数或余弦函数，也可以是指数函数。不同的周期信号，其展开式组成情况也不尽相同。在实际工作中，为了表征不同信号的谐波组成情况，时常画出周期信号各次谐波的分布图形，这种图形称为信号的频谱，它是信号频域表示的一种方式。 描述各次谐波振幅与频率关系的图形称为振幅频谱，描述各次谐波相位与频率关系的图形称为相位频谱。根据周期信号展成傅里叶级数的不同形式又分为单边频谱和双边频谱。 1单边频谱 若周期信号)(t f 的傅里叶级数展开式为式(3-15)，即 ∑ ∞ =+Ω+=10)cos()(n n n t n A A t f ? (3-24) 则对应的振幅频谱n A 和相位频谱n ?称为单边频谱。 例3-3 求图3-4所示周期矩形信号)(t f 的单边频谱图。 解 由)(t f 波形可知， )(t f 为偶函数，其傅里叶系数

?==2/0021)(4T dt t f T a ?=Ω=2/0)4/sin(2cos )(4T n n n tdt n t f T a ππ 0=n b 故 ∑∑∞=∞=Ω+=Ω+=110cos )4/sin(241cos 2)(n n n t n n n t n a a t f ππ 因此 410=A , ππn n A n )4/sin(2= 即 45.01=A , 32.02≈A , 15.03≈A , 04=A , 09.05≈A , 106.06≈A ┅ 单边振幅频谱如图3-5所示。 t f(t) 图 3 - 4τ τττ4 2/ 0 2/ 4--1图 3 - 50.25 0.45 0.320.150.090.106ΩΩΩΩΩΩΩ7 6 5 4 3 2 0A n 2双边频谱

矩形脉冲信号频谱分析

矩形脉冲信号频谱分析

小组成员： 刘鑫 龙宇 秦元成 王帅 薛冬寒 梁琼健 一、傅里叶分析方法与过程 周期信号的分解 1、三角形式 周期为T 的周期信号，满足狄里赫利（Dirichlet ）条件（实际中遇到的所有周期信号都符合该条件），便可以展开为傅里叶级数的三角形式，即: ∑∑∞ =∞ =Ω+Ω+=110sin cos 21 )(n n n n t n b t n a a t f （1） ?-=Ω=2 2 ,2,1cos )(2T T n dt t n t f T a n Λ （2）

?-=Ω=2 2 ,2,1sin )(2T T n dt t n t f T b n Λ （3） 式中： T π2= Ω 为基波频率，n a 与 n b 为傅 里叶系数。 其中 n a 为n 的偶函数， n b 为n 的奇函数。 将上式中同频率项合并可写成： ∑∞ =+Ω+=++Ω++Ω+=1022110)cos 21 ... )2cos()cos(21 )(n n n t n A A t A t A A t f ???（ 式中： ) arctan(... 3,2,1,2 2 0n n n n a b n b a A a A n n -==+==? (5)

n n n n n n A b A a A a ??sin cos 0 0-=== (6) 2.指数形式 由于 2 cos jx jx e e x -+= (7) 三角函数形式可以写为 t jn j n n t jn j n n t n j n t n j n e e A e e A A e e A A t f n n n n Ω--∞=Ω∞=+Ω-∞ =+Ω∑∑∑++=++=????1 10)(1)(0212121] [2 1 21)( (8) 将上式第三项中的n 用-n 代换，并考虑到 为n 的偶函数， 为n 的奇函数 则上式可写为： t jn j n n t jn j n n t jn j n n t jn j n n e e A e e A A e e A e e A A t f n n n n Ω∞ --=Ω∞=Ω--∞-=-Ω∞=∑∑∑∑++=++=-????1 101 1021 2121212121)( (9)

周期信号的频谱分析

信号与系统 实验三周期信号的频谱分析 实验报告评分：______ 实验三周期信号的频谱分析 实验目的： 1、掌握连续时间周期信号的傅里叶级数的物理意义和分析方法； 2、观察截短傅里叶级数而产生的“Gibbs 现象”，了解其特点以及产生的原因； 3、掌握各种典型的连续时间非周期信号的频谱特征。 实验内容： (1)Q3-1 编写程序 Q3_1，绘制下面的信号的波形图：

其中，0 = 0.5π，要求将一个图形窗口分割成四个子图，分别绘制cos( 0t)、cos(3 0t)、cos(5 0t) 和 x(t) 的波形图，给图形加title，网格线和 x 坐标标签，并且程序能够接受从键盘输入的和式中的项数。 程序如下: clear,%Clear all variables close all,%Close all figure windows dt = 0.00001; %Specify the step of time variable t = -2:dt:4; %Specify the interval of time w0=0.5*pi; x1=cos(w0.*t); x2=cos(3*w0.*t); x3=cos(5*w0.*t); N=input('Type in the number of the harmonic components N='); x=0; for q=1:N; x=x+(sin(q*(pi/2)).*cos(q*w0*t))/q; end subplot(221) plot(t,x1)%Plot x1 axis([-2 4 -2 2]); grid on, title('signal cos(w0.*t)') subplot(222) plot(t,x2)%Plot x2 axis([-2 4 -2 2]); grid on, title('signal cos(3*w0.*t))') subplot(223) plot(t,x3)%Plot x3 axis([-2 4 -2 2]) grid on, title('signal cos(5*w0.*t))') subplot(224) plot(t,x)%Plot xt axis([-2 4 -2 2]) grid on, title('signal xt')

周期信号频谱分析

实验名称：周期信号的频谱分析 教材名称：电工电子实验技术（下册）页码：P142 实验目的： 1、了解和掌握周期信号频谱分析的基本概念； 2、掌握Multisim软件用于频谱分析的基本方法； 3、加深理解周期信号时域参数变化对其谐波分量的影响及变化趋势。 实验任务： 1、根据9－1给定的波形和参数测量各谐波分量的幅度值。 2、根据所测数据绘制每一波形的谱线图。 设计提示： 实验电路图： 图一、分析用电路及信号发生器调整窗口 实验结果： 表9－1数据： 周期信号的频谱分析（Multisim） 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 矩形波10％－4.023 1.923 1.833 1.689 1.499 1.273 1.024 0.763 0.506 0.263 0.047 矩形波30％－2.023 5.123 3.040 0.699 0.897 1.271 0.659 0.236 0.739 0.595 0.046 矩形波50％－0.022 6.366 0.045 2.121 0.045 1.271 0.045 0.906 0.045 0.703 0.045 正弦波0 4.999 0 0 0 0 0 0 0 0 0 三角波50％0 4.053 0 0.451 0 0.162 0 0.083 0 0.050 0 三角波70％0 3.903 1.147 0.166 0.177 0.193 0.079 0.030 0.072 0.048 0 三角波90％0 3.479 1.654 1.012 0.669 0.450 0.298 0.186 0.103 0.043 0 N 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 注：谱线数取10＋直流。

离散非周期信号频域分析

离散信号频域分析、快速傅里叶变换与采样 定理 一、离散信号频域分析 （一）周期离散方波信号频域分析 与周期模拟信号一样，周期离散信号同样可以展开成傅里叶级数形式，并得到离散傅里叶级数（DFS） 上式可以看成周期离散信号x(n)的离散傅里叶级数展开。 上式是DFS的反变换，记作IDFS并且称错误！未找到引用源。与错误！未找到引用源。构成一对离散傅里叶级数变换对。（以上两式中错误！未找到引用源。）在MTALAB中，DFS通过建立周期延拓函数语句实现： function Xk=DFS(n,x,N) if N>length(x) n=0:N-1; x=[x zeros(1,N-length(x))]; end k=0:N-1; WN=exp(-j*2*pi/N); nk=n'*k;

WNnk=WN.^nk; Xk=x*WNnk; end 建立一个离散非周期方波信号 错误！未找到引用源。通过周期延拓后所得的周期序列利用DFS计算实现代码如下： clear all;close all;clc; n=0:3; x=ones(1,4); X=fft(x,1024); Xk1=DFS(n,x,4); Xk2=DFS(n,x,8); figure(1); plot((-1023:2048)/2048*8,[abs(X) abs(X) abs(X)],'--');hold on; stem(-4:7,[abs(Xk1) abs(Xk1) abs(Xk1)],'LineWidth',2);grid; figure(2); plot((-1023:2048)/2048*16,[abs(X) abs(X) abs(X)],'--');hold on; stem(-8:15,[abs(Xk2) abs(Xk2) abs(Xk2)],'LineWidth',2);grid; set(gcf,'color','w'); 运行后得到的是分别以4和8为周期延拓后的错误！未找到引用源。频谱： 即第一幅图表示的是周期序列错误！未找到引用源。的频谱， 第二幅图表示的是周期序列错误！未找到引用源。的频谱。

利用MATLAB实现常用非周期时间信号的频谱和FT的性质(微分特性和卷积定理)

成绩评定表

课程设计任务书

目录 一、引言 (1) 二、MATLAB入门 (2) 2.1M ATLAB7.0介绍 (2) 2.2利用M ATLAB7.0编程完成习题设计 (3) 三、利用MATLAB7.0实现常用非周期时间信号的频谱和FT的性质（微分特性和卷积定理） (4) 3.1基本连续时间信号的可视化 (4) 3.1.1单位阶跃信号 (4) 3.1.2门信号 (5) 3.1.3指数信号 (6) 3.1.4余弦信号 (6) 3.1.5抽样信号 (7) 3.2非周期连续时间信号的频域分析 (8) 3.2.1单边指数信号的频域分析 (8) 3.2.2门信号的频域分析 (10) 3.3非周期连续时间信号的FT性质 (11) 3.3.1微分特性 (11) 3.3.2卷积的计算 (12) 3.3.3时域卷积定理 (12) 3.3.4频域卷积定理 (14) 四、结论 (16) 五.参考文献 (18)

一、引言 本文概述了信号仿真系统的需求、总体结构、基本功能。重点介绍了利用Matlab 软件设计实现信号仿真系统的基本原理及功能，以及利用Matlab软件提供的图形用户界面（Graphical User Interfaces ,GUI）设计具有人机交互、界面友好的用户界面。本文采用Matlab的图形用户界面设计功能, 开发出了各个实验界面。在该实验软件中, 集成了信号处理中的多个实验, 应用效果良好。本系统是一种演示型软件,用可视化的仿真工具,以图形和动态仿真的方式演示部分基本信号的传输波形和变换，使学习人员直观、感性地了解和掌握信号与系统的基本知识。 《信号与系统》课程是一门实用性较强、涉及面较广的专业基础课，该课程是将学生从电路分析的知识领域引入信号处理与传输领域的关键性课程,对后续专业课起着承上启下的作用. 该课的基本方法和理论大量应用于计算机信息处理的各个领域,特别是通信、数字语音处理、数字图像处理、数字信号分析等领域,应用更为广泛。 在线性时不变连续系统中，利用系统的冲激响应和叠加原理来求系统对任意信号的零状态响应，这就是卷积的基本原理。信号的卷积是针对时域信号处理的一种分析方法，信号的卷积一般用于求取信号通过某系统后的响应。在信号与系统中，我们通常求取某系统的单位冲激响应，所求得的h(k)可作为系统的时域表征。任意系统的系统响应可用卷积的方法求得。 离散时间信号是时间上不连续的“序列”，因此，激励信号分解为脉冲序列的工作就很容易完成，对应每个样值激励，系统得到对此样值的响应。每一响应也是一个离散时间序列，把这些序列叠加既得零状态响应。因为离散量的叠加无需进行积分，因此，叠加过程表现为求“卷积和”。 作为信号与系统的基本分析软件之一，利用MATLAB进行信号与系统的分析与设计是通信以及信息工程学科的学生所要掌握的必要技能之一。通过学习并使用MATLAB语言进行编程实现课题的要求，对学生能力的培养极为重要。尤其会提高综合运用所学理论知识进行分析问题、解决问题的能力，也便于将理论知识与实践相结合，并得以更好地掌握信号分析与处理的基本方法与实现。这也将为后续相关的课程学习打下一定的基础,从而在以后相关课程设计与分析的时候达到对MATLAB的熟练应用与融会贯通。

实验三_周期信号的频谱分析

实验三 信号的频谱分析 一、实验目的 1、掌握连续时间周期信号的傅里叶级数的物理意义和分析方法； 2、观察截短傅里叶级数而产生的“Gibbs 现象”，了解其特点以及产生的原因； 3、掌握各种典型的连续时间非周期信号的频谱特征 二、原理说明： 1、连续时间周期信号的傅里叶级数分析 任何一个周期为T 1的正弦周期信号，只要满足狄利克利条件，就可以展开成傅里叶级数。 其中三角傅里叶级数为： ∑∞ =++=1000)]sin()cos([)(k k k t k b t k a a t x ωω 2.1 或： ∑∞ =++ =1 00)cos()(k k k t k c a t x ?ω 2.2 其中1 02T π ω= ，称为信号的基本频率（Fundamental frequency ），k k b a a ，和，0分别是信号)(t x 的直流分量、余弦分量幅度和正弦分量幅度，k k c ?、为合并同频率项之后各正弦谐波分量的幅度和初相位，它们都是频率0ωk 的函数，绘制出它们与0ωk 之间的图像，称为信号的频谱图（简称“频谱”），k c －0ωk 图像为幅度谱，k ?－0ωk 图像为相位谱。 三角形式傅里叶级数表明，如果一个周期信号x(t)，满足狄里克利条件，那么，它就可以被看作是由很多不同频率的互为谐波关系（harmonically related ）的正弦信号所组成，其中每一个不同频率的正弦信号称为正弦谐波分量 (Sinusoid component)，其幅度（amplitude ）为k c 。也可以反过来理解三角傅里叶级数：用无限多个正弦谐波分量可以合成一个任意的非正弦周期信号。 指数形式的傅里叶级数为： ∑∞ -∞ == k t jk k e a t x 0)(ω 2.3 其中，k a 为指数形式的傅里叶级数的系数，按如下公式计算： ?--= 2 /2 /1 110)(1 T T t jk k dt e t x T a ω 2.4 指数形式的傅里叶级数告诉我们，如果一个周期信号x(t)，满足狄里克利条件，那么，它就可以被看作是由很多不同频率的互为谐波关系（harmonically related ）的周期复指数信号所组成，其中每一个不同频率的周期复指数信号称为基本频率分量，其复幅度（complex amplitude ）为k a 。这里“复幅度（complex amplitude ）”指的是k a 通常是复数。

周期信号频谱3特点

1-1 周期信号频谱3特点 离散性，谐波性，收敛性 1-2 信号的分哪几类以及特点是什么？ ⑴、 按信号随时间的变化规律分为确定性信号和分确定性信号，确定信号分为周期信号 （包括谐波信号和一般周期信号）和非周期信号（准周期信号和以便非周期信号）； 非确定性信号包括平稳随机信号（包括各态历经信号和非各态历经信号）和非平稳 随机信号。 ⑵、 按信号幅值随时间变化的连续性分类，信号包括连续信号和离散信号，其中连续信 号包括模拟信号和一般模拟信号，离散信号包括一般离散信号和数字信号。 （3）按信号的能量特征分类，信号包括能量有限信号和功率有限信号。 1-2 什么是单位脉冲函数)(t δ？它有什么特性？如何求其频谱？ ⑴单位脉冲函数的定义 在ε时间内矩形脉冲()εδt （或三角形脉冲及其他形状脉冲）的面积为1，当0ε→时，() εδt 的极限()0 lim εεδt →，称为δ函数。 ⑵()δt 函数的性质①积分筛选特性。②冲击函数是偶函数，即()()δt δt =-。③乘积（抽 样）特性：④卷积特性： ⑶单位脉冲信号的傅立叶变换等于1，其频谱如下图所示，这一结果表明，在时域持续时间 无限短，幅度为无限大的单位冲击信号，在频域却分解为无限宽度频率范围内幅度均匀的指 数分量。 2-1.线性系统主要性质及为什么理想测量系统是线性系统? （1）线性系统的主要性质： 叠加性，比例特性微分特性，微分特性，积分特性，频率保持特性 (2)这是因为目前处理线性系统及其问题的数学理论较为完善，而对于动态测试中的非线 性校正还比较困难。虽然实际的测试系统不是一种完全的线性系统，但在一定的工作频段上 和一定的误差允许范围内均可视为线性系统，因此研究线性系统具有普遍性。 2-2．测量系统的静态特性及动态特性 答： 测量系统静态特性的主要参数有灵敏度、线性度、回程误差、量程、精确度、分辨力、 重复性、漂移、稳定性等。 测量系统的动态特性指输入量随着时间变化时，其输出随着输入而变化的关系。主要分 析方法有时域微分方程、传递函数、频响函数和脉冲响应函数。 4-5 什么是调制和解调，调制和解调的作用是什么？ 答：所谓调制就是使一个信号的某些参数在另一信号的控制下而发生变化的过程。 从已调制波中恢复出调制信号的过程，称为解调。 调制的主要作用：便于区分信号和噪声，给测量信号赋予一定特征。 解调的主要作用：已调制波中恢复出调制信号

信号的频谱分析报告实验报告材料

实验四 信号的频谱分析 一．实验目的 1.掌握利用FFT 分析连续周期，非周期信号的频谱，如周期，非周期方波，正弦信号等。理解CFS ，CTFT 与DFT （FFT ）的关系。 2.利用FFT 分析离散周期，非周期信号的频谱，如周期，非周期方波，正弦信号等。理解DFS ，DTFT 与DFT （FFT ）的关系，并讨论连续信号与离散信号频谱分析方法的异同。 二．实验要求 1.编写程序完成任意信号数字谱分析算法； 2.编写实验报告。 三．实验容 1.利用FFT ，分析并画出sin(100),cos(100)t t ππ频谱，改变采样间隔与截断长度，分析混叠与泄漏对单一频率成分信号频谱的影响。 （1）sin （100*pi*t ）产生程序： close all ; clc; clear; t=0:0.0025:0.5-0.0025; f=400*t; w0=100*pi; y=sin(w0*t); a=fft(y); b=abs(a)/200; d=angle(a)*180/pi; subplot(311); plot(t,y); title('y=sin(wt)'); xlabel('t'); ylabel('y(t)'); subplot(312); stem(f,b); title('振幅'); xlabel('f'); ylabel('y(t)'); subplot(313); stem(f,d); title('相位'); xlabel('t'); ylabel('y(t)');

混叠 close all; clc; clear; t=0:0.0115:0.46-0.0115; f=(t/0.0115)*2; w0=100*pi; y=sin(w0*t); a=fft(y); b=abs(a)/40; d=angle(a)*180/pi; subplot(311); plot(t,y); title('y=sin(wt)'); xlabel('t'); ylabel('y(t)'); subplot(312); stem(f,b); title('振幅'); xlabel('f'); ylabel('y(t)'); subplot(313); stem(f,d); title('相位'); xlabel('t'); ylabel('y(t)');