信号系统MATLAB实验要求

信号与系统实验安排

信号与系统实验由两部分组成，第一部分3个实验（可选做），6学时（5、10、18周），基于Matlab软件，穿插在理论课程进行过程中，利用自己笔记本电脑完成；第二部分3个实验，8学时，基于实验箱，专门安排时间（14-16周晚上）在实验室完成。

第一部分 基于MATLAB的实验

在《信号与系统》课程引入MATLAB仿真技术，与《数字信号处理》、《通信系统原理》等课程紧密结合，现在已是国际一流大学本科教学的普遍做法。而在国内开展这项工作的院校也在不断增多。其中比较有代表性的是清华大学、西安交通大学、西安电子科技大学等院校。基于MATLAB的信号与系统实验指导书，代表性的有：[1]陈怀深，吴大正的《MATLAB及在电子信息课程中的应用》电子工业出版社2003，[2]孟桥，董志芳，王琼的《信号与系统MATLAB实践》高等教育出版社2008，[3]谷源涛的《信号与系统—MATLAB综合实验》高

“基于MATLAB的信号与系统实验教程”内容第等教育出版社2008。

一部分是关于MATLAB的参考资料，第二部分是信号与系统实验的主要部分，一些基本的方法要求大家重点掌握；第三部分属扩展部分，叙述深入，工程背景体现强，其中包含四个很有特色的综合实验内容，比如乐音信号分析、语音信号处理、潜水艇下潜控制的研究等，但要求学生具有较高的起点，同时实验学时要求也较多，有兴趣的同学可以选做。

关于MATLAB实验，从前几届同学反馈看，大家普遍认识到掌握MATLAB工具的重要性，兴趣较高，积极性也较高，只是学时数太少，且部分同学之前从来没有接触过计算机仿真和MATLAB，因此，建议按如下方式进行：

1、自行在自己笔记本上安装并熟悉MATLAB。对于从来没有接触过计算机仿真和MATLAB的部分同学，在课下抽时间及时熟悉MATLAB的运行环境、基本算符和命令、程序调试步骤，可以参考实验指导书第一部分，也可参照《讲义一，MATLAB基础》，也可上网查找有关资料，参见其他比较详尽讲解MATLAB基础知识的文献；也可以把书上的程序敲进去，看一看运行结果，“依葫芦画瓢”调整参数、改变信号，观察结果的变化，进而熟练运用完成所给的任务，切实学

会信号与系统实验相关的函数与处理方法。注意多利用MATLAB自带的帮助。

2、充分利用所配发的实验指导书，主要参考 “信号与系统实验指导”第8章~第12章，也可参照《讲义二：卷积与微分方程的数值法求解》《讲义三：，关于连续函数的频谱计算》，《讲义四：利用MATLAB进行系统分析》。由于实验学时只有短短的6个学时，MATLAB内容庞杂，普遍掌握MATLAB的各种应用是不现实的，同学们只需掌握MATLAB中与信号和系统分析相关的一些基本知识即可。

3、实验的内容最好在学习相应章节同时或学完之后开始，有助于加深理解课堂所学。另外有能力完成基本实验的同学们，可以考虑选择一些具有实际或工程背景知识的题目予以建模、分析和仿真研究。综合实验可往后放，以便综合运用所学的理论知识。请充分利用实验课时间完成或课余自己寻找机时练习，另外学有余力的同学们，在完成基本实验后，可以考虑选择一些具有实际或工程背景知识的题目予以建模、分析和仿真研究。

4、请同学们在实验的过程中，及时把自己的工作保存为word文档，以便最后形成实验报告。实验考核除以实验报告为依据之外，辅导答疑时间的随机抽检也将作为主要参考。

实验进行过程中，有意见请及时反馈给我，大家共同努力搞好我们的信号与系统学习！

联系方式：

Email: 刘海成 电话：13838373682

622162 QQ：1256310717

实验内容安排

（请充分利用实验课时完成以下实验，或课余自己寻找机时练习，这是实验内容安排，不表示每一次上机完成一个）

实验一 信号的表示与卷积（卷积和）

一、信号的描述与运算

a) 掌握常用连续和离散信号的表示，熟悉各种数学函数，各种函数的绘图。 b) 掌握数值法计算积分、微分的一般方法，包括微分的差分替代，矩形法、梯形法、抛物线法（辛普森Simpson法）计算积分等Matlab基本内容。 c) 以数值计算为主，学会区分数值计算和符号计算。

二、卷积与卷积和

a) 掌握数值法计算离散卷积和，理解离散卷积与连续卷积的关系，掌握计算连续卷积的数值方法（近似方法）。

b) 基本命令：1、绘图函数plot stem 等；2、数组生成与数学运算函数，如diff、sum、trapz、quad、diff、int等；3、sinc、sawtooth、square、gensig、stepfun、conv、xcorr、sym、syms 等。

三、微分和差分方程的求解

a) 掌握差分方程的迭代求解，通过将微分化为差分的方法，把微分方程变成差分方程近似求解。

b) 掌握数值法求解微分方程的方法，如Euler折线法，龙格-库塔法等。 c) 掌握符号法求解微分方程解析解的方法。

四、冲激响应（单位样值响应）和阶跃响应

a) 掌握连续与离散系统冲激、阶跃响应求解的常用函数。

五、系统分析

a) 分析系统，研究零输入响应和零状态响应。

b) 基本命令：ode23、ode45、dsolve、impulse、dimpulse、impz、step、dstep、lsim、dlsim、initial、dinitial。

注意比较数值化求解结果与理论值的差异，讨论误差产生的原因、误差控制的方法以及运算量的关系问题。

实验二 信号与系统的时频域特性分析

一、典型信号时域与频域波形的计算与画法

a) 掌握傅里叶级数系数的计算，注意减少for循环对程序效率的提升。通

过有限项恢复周期函数观察Gibbs现象。

b) 掌握DFS与连续周期信号傅氏级数的关系。

c) 掌握傅立叶变换的数值计算，信号频谱图的绘制。

d) 掌握连续信号傅立叶变换与FFT的关系。

e) 改变信号参数，观察时域波形与频域波形对应的变化关系，理解之间的

关联

二、Fourier变换性质

掌握傅立叶变换的符号计算与性质证明。

三、系统幅频特性与相频特性画法

a) 基本命令：fourier、ifourier、fft、ifft、bode、abs、angle。 b) 改变系统参数，观察冲激响应波形与频域波形对应的变化关系，理解之

间的关联。

实验三 系统特性与状态变量分析

一、利用符号计算分析S、Z变换

a) 掌握Laplace变换和Z变换的符号函数形式性质、公式推导。

b) 系统函数与梅森公式

c) 掌握系统化简的常用方法和函数。

d) 零极点与稳定性

e) 掌握零极点的求法、零极图、稳定性判断。

f) 掌握离散系统频率特性，绘制频谱图。

二、状态方程的建立与求解

三、掌握状态方程建立与求解的各种函数与方法。

四、系统模型的各种表示方法及转换

五、练习使用Simulink进行状态变量分析及系统分析。

六、 基本命令：laplace、ilaplace、ztrans、iztrans、simple、minreal、feedback、freqz、zplane、roots、residue、filter、ss、zpk、tf、ssdata zpkdata、tfdata、ss2tf、tf2ss、tf2zp、zp2tf、zp2ss、ss2zp。

实验四 拓展研究--Fourier方法的应用

一、信号通过系统的频域分析

对信号通过线性系统的输出进行仿真，熟悉系统频率特性的表示方法。 了解通信系统基本结构，认识噪声信号。

进行无失真传输的研究。

二、调制与解调、FDM

通过实际通信系统的仿真对理论知识进一步深化，理解FDM原理。

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