实验1：信号时域与频域分析大纲及实验指导书
信号分析与处理实验指导书
实验一时域分析实验一.实验目的(1)熟悉MATLAB开发环境。
(2)掌握MATLAB各种表达式的书写规则以及常用函数的使用。
(3)熟悉MATLAB的基本操作(4)熟悉MATLAB中产生信号和绘制信号的基本命令。
(5)熟悉序列的简单运算，如：加法、标量乘法、时间反转、延时、乘法等。
二.实验原理MATLAB (矩阵实验室的简称)是一种专业的计算机程序，用于工程科学的矩阵数学运算。
但在以后的几年内，它逐渐发展为一种极其灵活的计算体系，用于解决各种重要的技术问题。
MA TLAB程序执行MATLAB语言，并提供了一个极其广泛的预定义函数库，这样就使得技术工作变得简单高效。
三.实验任务及步骤1、学习了解MATLAB的实验环境：在Windows桌面上，双击MA TLAB图标，即可进入MA TLAB系统命令窗口。
图1-1 MATLAB系统命令窗口当MA TLAB运行时，有多种类型的窗口，有的用于接收命令，有的用于显示信息。
三个重要的窗口有命令窗口；图像窗口；编辑/调试窗口；它们的作用分别为输入命令；显示图形；充许使用者创建和修改MATLAB程序。
在本节课中我们将会看到这三个窗口的例子。
当MA TLAB程序启动时，一个叫做MATLAB桌面的窗口出现了。
默认的MATLAB桌面结构如图1-1所示。
在MA TLAB集成开发环境下，它集成了管理文件、变量和应用程序的许多编程工具。
在MA TLAB桌面上可以得到和访问的窗口主要有：■命令窗口（The Command Window）■命令历史窗口（The Command History Window）■启动平台（Launch Pad）■编辑调试窗口（The Edit/Debug Window）■工作台窗口和数组编辑器（Workspace Browser and Array Editor）■帮助空间窗口（Help Browser）■当前路径窗口（Current Directory Browser）1.1 命令窗口MA TLAB桌面的右边是命令窗口。
连续时间信号的时域分析和频域分析
时域与频域分析的概述
时域分析
研究信号随时间变化的规律，主 要关注信号的幅度、相位、频率 等参数。
频域分析
将信号从时间域转换到频率域， 研究信号的频率成分和频率变化 规律。
02
连续时间信号的时
域分析
时域信号的定义与表示
定义
时域信号是在时间轴上取值的信号， 通常用 $x(t)$ 表示。
表示
时域信号可以用图形表示，即波形图 ，也可以用数学表达式表示。
05
实际应用案例
音频信号处理
音频信号的时域分析
波形分析：通过观察音频信号的时域波形，可 以初步了解信号的幅度、频率和相位信息。
特征提取：从音频信号中提取出各种特征，如 短时能量、短时过零率等，用于后续的分类或 识别。
音频信号的频域分析
傅里叶变换：将音频信号从时域转换 到频域，便于分析信号的频率成分。
通信系统
在通信系统中，傅里叶变 换用于信号调制和解调， 以及频谱分析和信号恢复。
时频分析方法
01
短时傅里叶变换
通过在时间上滑动窗口来分析信 号的局部特性，能够反映信号的 时频分布。
小波变换
02
03
希尔伯特-黄变换
通过小波基函数的伸缩和平移来 分析信号在不同尺度上的特性， 适用于非平稳信号的分析。
将信号分解成固有模态函数，能 够反映信号的局部特性和包络线 变化。
频域信号的运算
乘法运算
01
在频域中，两个信号的乘积对应于将它们的频域表示
相乘。
卷积运算
02 在频域中，两个信号的卷积对应于将它们的频域表示
相乘后再进行逆傅里叶变换。
滤波器设计
03
在频域中，通过对频域信号进行加权处理，可以设计
实验一 信号的时域与频域分析
实验一信号的时域和频域分析一、实验目的1、了解SystemView图符库的分类；2、掌握SystemView各个功能库常用图符的功能及其使用方法；3、掌握信号的时域与频域的分析方法；4、掌握SystemView分析窗口的使用；5、能利用分析窗口对波形进行时域与频域的分析。
二、实验内容1、按照实例使用图符构建简单的通信系统，并了解每个图符的功能；2、建立简单的调制系统，并使用分析窗口对输出信号进行时域与频域的分析，得出分析结果。
三、SystemView常用图符库SystemView的图符库功能十分丰富，一共分为以下几个大类：1.基本库SystemView的基本库包括信源库、算子库、函数库、信号接收器库等，它为该系统仿真提供了最基本的工具。
（信源库）：SystemView为我们提供了16种信号源，可以用它来产生任意信号（算子库）功能强大的算子库多达31种算子，可以满足您所有运算的要求（函数库）32种函数尽显函数库的强大库容！（信号接收器库）12种信号接收方式任你挑选，要做任何分析都难不倒它2.扩展功能库扩展功能库提供可选择的能够增加核心库功能的用于特殊应用的库。
它允许通信、DSP、射频/模拟和逻辑应用。
（通信库）：包含有大量的通信系统模块的通信库，是快速设计和仿真现代通信系统的有力工具。
这些模块从纠错编码、调制解调、到各种信道模型一应俱全。
（DSP库）：DSP库能够在你将要运行DSP芯片上仿真DSP系统。
该库支持大多DSP芯片的算法模式。
例如乘法器、加法器、除法器和反相器的图标代表真正的DSP 算法操作符。
还包括高级处理工具：混合的Radix FFT、FIR和IIR滤波器以及块传输等。
（逻辑运算库）：逻辑运算自然离不开逻辑库了，它包括象与非门这样的通用器件的图标、74系列器件功能图标及用户自己的图标等。
（射频/模拟库）：射频/模拟库支持用于射频设计的关键的电子组件，例如：混合器、放大器和功率分配器等。
信号与系统的时域分析实验报告
实验一信号与系统得时域分析一、实验目得1.用示波器观察一阶电路得零输入响应,零状态响应及完全响应.2.理解并掌握一阶电路各响应得物理意义.3.观察与测定RLC串联电路得阶跃响应与冲激响应，并研究电路参数对响应波形得影响。
4.观察RＬＣ并联谐振电路对高频脉冲激励得响应,并研究电路参数对响应波形得影响。
5.熟悉与掌握常用得用于信号与系统时域仿真分析得Matlab函数;6.牢固掌握系统得单位冲激响应得概念，掌握ＬTI系统得卷积表二、实验原理(一)实验箱部分１、一阶电路得零输入、零状态响应分析一阶连续时间系统如图所示:图1-1 一阶连续系统实验电路其模型可用微分方程表示.微分方程得解反映了该系统得响应，其中零输入响应由方程得齐次解得到，零状态响应由方程得全解得到。
完全响应由零输入响应与零状态响应得到。
２、二阶电路得瞬态响应图1—2 RＬC串联电路响应实验电路图RＬC串联电路得阶跃响应与冲激响应得观察电路如上图所示,其阶跃响应与冲激响应可以有三种情况。
时为过阻尼情况；时为欠阻尼情况;时为临界情况。
因此对于不同R，其电路响应波形就是不同得。
因为冲激信号就是阶跃信号得导数，所以对线性时不变电路，冲激响应也就是阶跃响应得导数。
为了便于用示波器观察响应波形，实验中用周期方波替代阶跃信号,而用周期方波通过微分电路后得到得尖顶脉冲代替冲激信号。
(二）Matｌａb部分1、信号得时域表示方法可将信号表示成独立时间变量得函数,例如x（t）=ｓin(ωt）与x［n］=n（0、5)ｎu［n］分别表示一个连续时间信号与一个离散时间信号。
无论离散信号或就是连续信号，都可以用其信号波形图来描述;对于离散信号,还可以表示成一个数列,例如:x［n]=｛、、、、，0、１, 1、1，—1、2，０,1、3，…、｝↑n=０2、用Matlab仿真连续时间信号与离散时间信号在ｍatlａb中,连续时间信号仿真直接写出其表达式即可，如正弦信号:ｘ＝sin(t)，plot(t，x）；对于离散信号则可用函数steｍ实现,如x［ｎ］=｛、、、、，0、１, 1、１，—1、2, 0, 1、3, …、} 可由下列程序实现：↑n=０x = [0，0，0, 0, ０、１, 1、1,-1、2,0，１、3, 0，０]；sｔem(n,x）；信号得卷积可由ｃｏｎｖ命令实现三、实验内容６、修改程序Pｒｏgrａm1＿１，将dt改为0、2，再执行该程序,瞧瞧所得图形得效果如何？与原程序比,哪一幅图形瞧起来与实际信号波形更像?答:ｐroｇraｍ1_1得图形更加圆滑并贴近实际波形，因为该程序中时间变量得步长更小实验程序：实验截图：7、编写一个Matlａb程序，使之能够在同一个图形窗口中得两个子图中分别绘制信号x（ｎ）=（－2）n u（n)与h（t）=cｏｓ（2πt）［ｕ(t)—u（ｔ-3）］,要求在图形中加上网格线，并使用函数aｘis( )控制图形得时间范围在0～4秒之间,画出所得图形。
信号分析实验一内容
实验一连续时间信号的时域和频域分析一. 实验目的：1. 熟悉MATLAB 软件平台。
2. 掌握MATLAB 编程方法、常用语句和可视化绘图技术。
3. 编程实现常用信号及其运算MATLAB 实现方法。
4. 编程实现常用信号的频域分析。
二. 实验原理：1、连续时间信号的描述：（1）向量表示法连续信号是指自变量的取值范围是连续的，且对于一切自变量的取值，除了有若干个不连续点之外，信号都有确定的值与之对应。
严格来说，MATLAB 并不能处理连续信号，而是用等时间间隔点的样值来近似表示连续信号。
当取样时间间隔足够小时，这些离散的样值就能较好地近似连续信号。
矩阵是MATLAB 进行数据处理的基本单元，矩阵运算是MATLAB 最重要的运算。
通常意义上的数量（也称为标量）在MATLAB 系统中是作为1×1 的矩阵来处理的，而向量实际上是仅有一行或者一列的矩阵。
通常用向量表示信号的时间取值范围，如t = -5:5，但信号x(t)、向量t 本身的下标都是从1 开始的，因此必须用一个与向量x 等长的定位时间变量t，以及向量x，才能完整地表示序列x(t)。
在MATLAB 可视化绘图中，对于以t 为自变量的连续信号，在绘图时统一用plot 函数；而对n 为自变量的离散序列，在绘图时统一用stem 函数。
（2）符号运算表示法符号对象(Symbolic Objects 不同于普通的数值计算)是Matlab 中的一种特殊数据类型，它可以用来表示符号变量、表达式以及矩阵，利用符号对象能够在不考虑符号所对应的具体数值的情况下能够进行代数分析和符号计算(symbolic math operations)，例如解代数方程、微分方程、进行矩阵运算等。
符号对象需要通过sym 或syms 函数来指定, 普通的数字转换成符号类型后也可以被作为符号对象来处理.我们可以用一个简单的例子来表明数值计算和符号计算的区别: 2/5+1/3 的结果为0.7333(double 类型数值运算), 而sym(2)/sym(5)+sym(1)/sym(3)的结果为11/15, 且这里11/15 仍然是属于sym 类型, 是符号数。
信号测试实验报告——基本信号分析实验报告
基本信号分析实验报告一、实验目的掌握基本信号的时域和频域分析方法二、实验原理1. 信号的时域和频域转换：通过Fourier级数展开或变换，可将时域信号变换为频域信号；反之，通过Fourier逆变换可以将频域信号转换为时域信号。
按照时域信号的特点，可以应用不同的方法将其转换为频域信号，分别为：三、实验仪器装有MATLAB软件的计算机1台四、实验内容及结果分析1、产生不同的周期信号，包括正弦信号、方波信号、锯齿波，在时域分析这些波形特征（幅值、频率（周期））产生信号：A=1;f=4;正弦波y=A*sin(2*pi*f*t);方波y=A*square(2*pi*f*t);锯齿波y=A*sawtooth(2*pi*f*t);由时域图也可看出三种信号的幅值均为A＝1V，频率为f=4Hz。
2、在Matlab中产生随机噪声、阶跃信号t=0:0.001:3y=randn(size(t));幅值杂乱无绪，为噪声特征。
syms t;f=heaviside(t);ezplot(f,[-1,1]);幅值为A＝1V，t<0时为0。
3、对产生的信号进行Fourier级数展开、Fourier变换，从频域分析信号的特征，并说明方波信号和锯齿波信号的带宽。
fs=1000;det=1/fs; t=0:det:6; f=50; A=1;y=A*sin(2*pi*f*t); Y1=fft(y,512); Y2=abs(Y1); Y=Y2/256*4/pi; ff=fs*(0:256)/512; subplot(4,1,1); plot(ff,Y(1:257));分析：正弦波、方波、锯齿波均为时域连续周期性信号，故通过Fourier 级数展开。
正弦信号的Fourier 级数展开为其本身。
在频谱图的正半轴上，正弦波在时，产生一个尖峰,该尖峰的幅值等于正弦函数的幅值。
其他频率上无尖峰。
方波信号的Fourier 级数展开形式为()()004A 1A(f)[sin 2πf t sin 3*2πf t ]π3=++，其幅频谱只包含基波及奇次谐波的频率分量，各次谐波的幅值以1n的规律收敛。
信号特性分析实验报告
一、实验目的1. 熟悉信号的时域和频域特性分析方法；2. 掌握傅里叶变换、Z变换等信号分析方法；3. 通过实验，加深对信号处理理论的理解，提高信号分析能力。
二、实验内容及方法1. 实验内容（1）信号的时域分析：观察信号的波形，分析其周期性、幅度、相位等特性；（2）信号的频域分析：利用傅里叶变换、Z变换等方法，分析信号的频谱特性，包括频率、幅度、相位等；（3）信号处理：对信号进行滤波、调制、解调等处理，观察处理效果。
2. 实验方法（1）时域分析：利用示波器观察信号波形，记录关键参数；（2）频域分析：利用傅里叶变换、Z变换等方法，将信号从时域转换到频域，分析频谱特性；（3）信号处理：利用MATLAB等软件进行信号处理，观察处理效果。
三、实验结果与分析1. 时域分析（1）观察信号波形，记录其周期性、幅度、相位等参数；（2）分析信号在时域内的变化规律，如幅度调制、相位调制等。
2. 频域分析（1）利用傅里叶变换、Z变换等方法，将信号从时域转换到频域；（2）分析信号的频谱特性，包括频率、幅度、相位等；（3）观察信号在频域内的变化规律，如滤波、调制等。
3. 信号处理（1）对信号进行滤波、调制、解调等处理；（2）观察处理效果，分析处理方法的优劣。
四、实验结论1. 通过实验，掌握了信号的时域和频域特性分析方法；2. 熟悉了傅里叶变换、Z变换等信号分析方法，能够将信号从时域转换到频域进行分析；3. 提高了信号处理能力，能够对信号进行滤波、调制、解调等处理；4. 加深了对信号处理理论的理解，为今后从事信号处理相关领域的研究和工作奠定了基础。
五、实验注意事项1. 实验过程中，注意信号源的选择和调整，确保信号质量；2. 实验过程中，注意观察信号波形和频谱特性，及时调整实验参数；3. 实验数据处理时，注意数据的准确性和完整性；4. 实验过程中，注意安全操作，防止设备损坏。
六、实验拓展1. 研究不同信号处理方法对信号特性的影响；2. 探讨信号处理在实际工程中的应用；3. 结合实际问题，设计信号处理系统，提高信号处理能力。
信号时频域分析方法。实验
通过本实验掌握基本信号的时频域分析方法。
实验仪器（软、硬件）：1、计算机 1台2、 Matlab软件 1套3、激光打印机 1台实验步骤1、在Matlab中产生不同的信号，其中主要包括正弦信号、方波、冲激信号、随机噪声、矩形窗函数、三角波等；2、对产生的信号进行Fourier级数展开、Fourier变换；3、产生一个由正弦信号和随机信号叠加的混合信号，并对其进行进行FFT计算；4、应用不同窗函数对一正弦信号进行采样，其中包括矩形窗、Hamming窗、Hanning窗。
比较不同窗函数采样得到的结果。
实验结果一、单个信号1. 正弦信号及FFT：y=2*sin(2*pi*80*t)2. 随机信号及FFT：y=randn(size(t));3. 方波信号及FFT：y=square(2*pi*10*t);4. 锯齿波信号及FFT：y=sawtooth(2*pi*10*t);二、复合信号1. 三个正弦信号叠加及FFT：y=sin(2*pi*30*t)+2*sin(2*pi*40*t)+3*sin(2*pi*50*t);193分析：由频谱可以看出各个分量的频率及幅度，幅值大的在时域上占的比重大2. 正弦信号叠加随机信号及FFT：y=2*sin(2*pi*50*t)+randn(size(t));分析：随机信号每个频率都有但是比重都不大，时域上正弦信号的趋势还在，频域上除50hz 的以外其他幅度很小。
3. 正弦信号叠加方波信号接FFT：y=2*sin(2*pi*50*t)+square(2*pi*10*t);分析：时域上正弦信号随方波的叠加跳跃性波动，频域上可以看出频率50的正弦波幅值为2，占主导。
三、信号加窗1. 正弦信号加矩形窗：程序：fs=1000;det=1/fs;t=0:det:1.5;L=length(t);w=zeros(1,length(t));window_width = 1*fs;w(1:window_width)=rectwin(window_width);y=sin(2*pi*50*t)+sin(2*pi*51*t);y=y.*w;subplot(2,1,1);plot(t,y);subplot(2,1,2);NFFT = 2^nextpow2(L);Y = fft(y,NFFT)/L;f = fs/2*linspace(0,1,NFFT/2+1);plot(f,2*abs(Y(1:NFFT/2+1)))结果图：2. 正弦信号加hann窗：程序：194将w(1:window_width)=rectwin(window_width);改为w(1:window_width)=hann(window_width);结果图：3. 正弦信号加hamming窗：程序：将w(1:window_width)=hann(window_width);改为w(1:window_width)=hamming(window_width);结果图：分析：加窗时如果窗的长度大于信号长度则信号后面补0，若窗长度小于信号长度则后面的数据丢失。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第二章：信号时域与频域分析实验指导书
一.实验目的
本实验结合《机械系统故障诊断》课程第二章“信号时域与频域分析”的课堂教学内容，通过实验进一步了解振动信号的获取过程与时域、频域分析方法，加深对所学的理论知识的掌握与理解。
二.教学基本要求
要求学生学习并掌握信号调理、采集与时域分析、频域分析方法。
搭建由振动传感器、数据采集箱、计算机组成的信号调理与采集系统，测量故障模拟试验系统的振动信号，用Matlab软件编写信号的时域分析和频域分析程序，学会数字信号的获取与分析方法，掌握振动信号的测量系统搭建的基本方法。
三.实验内容
搭建用于信号调理、采集测试系统，测量振动信号，用Matlab软件编写信号的时域分析和频域分析软件，并对所测信号进行时域分析和频域分析，撰写实验报告。
具体要求如下：
1.利用实验室现有设备搭建由振动传感器、信号调理箱、A/D板、计算机组成的振动数据采集系统；
2.采集转子试验台的电涡流信号、速度传感器信号、加速度传感器信号，对比不同传感器信号区别，总结不同传感器适用场合。
3.找出电涡流信号/速度传感器/加速度传感器信号的时域信号特征（波形、峰值、脉冲、峭度等）、频域信号特征。
4.对加速度信号/速度传感器信号做自相关、互相关分析。
5. 在Matlab软件中编写时域、频谱、自相关、互相关分析软件；
6. 利用自编软件分析所测数据并编写实验报告。
四. 使用的主要仪器
电涡流式位移、速度、加速度传感器、信号采集箱、计算机。
五.实验报告要求
1．实验报告内容包括计算分析的图、表或数值结果，以及对结果的简要分析、自编软件；
2．实验报告应独立完成；六.实验注意事项
1．开启电源前检查传感器安装、电源线、信号线连接是否正确；
2．实验完成后，关闭仪器的电源、清洁好实验台。