1、基于 Matlab 的数字信号处理仿真实验系统第 22 卷篆 l 期Vo1.22No.1重庆通信学院JOURNALOFCHONGQINGCOMMUNICATIONINSTITUTE2003 年 3 月Mar.2003基于 Matlab 的数字信号处理仿真实验系统龚云祥廖小军陈铝荣(重庆燃气有限责任公司设备科 400020)(重庆通信学院研究生管理大队400035)摘要:主要介绍了数字信号处理实验中的一些算法及作者研制的数字信号处理仿真实验系统,同时介绍了仿真实验系统的开发工具 Matlab.关键词:Matlab: 数字信号处理 :仿真实验系统0 引言随着计算机技术的快速发腱汁算机软,硬件得剑
2、J 泛应用 .由于软件的良好移植性及硬件的局限性,人们越来越多地彳 E 合适的场合川软件代替硬 fl:.数字信号处理实验设备价格高昂,而 Matlab 具仃 lj 虽人的仿真功能和良好的仿典效果,叮 J来开发仿真实验软件,以代替实验没备.该仿真实验系统是根据数字信号处理课程数公式推导繁琐,不易于理解,教学难度夫的特点,结合教学叶 1 的实际情况需要研制的实用的软件仿真系统.1Matlab 的主要特点和功能1.1Matlab 是什么Matlab 由美国 MathWorks 公闭 l982 年推出,足?套高性能的数值计算和可视化软件.它集数值分析,矩阵运算,信号处理和图形显等众多功能 J:?体,构
3、成了一个方便的,反好的用户环境.主要有 Windows95 版,WindowsNT 版和 Macintosh 版三种版本.1.2Matab 的主要特点1.2.1Natlab 的主要特点Matlab 基丁:C 语言,以矩运算为核心,语法特 C 极其相似且更加简川,具有强大的科学计算及数据处理能力,适用 j 许多 r 程领域.HI,Matlab 有实用的程序接 l1币 u 发布平台.1.2.2Natlab 的主要功能Matlab 的典型应用范幽有数学计算,算法推导,缱模与仿真模拟,数据分析与结果的可视化,工程图形的绘制,用程序的开发(包括 GJ)等巾 f.Matlab 还提供 _信号处理数据分析
4、,像处理,控制系统,通信系统,金融系统等多种业【具箱.可用 f 研究不领域的课题.2 数字信号处理实验的基本理论根据教学要求,本实验系统覆盖 r 该程的点内,以下是各实验的基本理论.2.1 连续信号的抽样L(nL)=厂(,)?丁 t)=.厂(,2(,一,z)收稿日期:2002-0928第 1 期龚云祥等:基于 Matlab 的数字信号处理仿真实验系统 692.2 离散卷积2.3 离散信号的连续频谱y)=厂)术)=厂( 一,z):Z 佃 S(-)e幅度频为 I】相位频谱为)=2.4IIR 数字滤波器的设计IIR 数字滤波器系统函数可表示为:H(z)=+biz 一+b2z1+以 iz 一+a2z+
5、bM-t-bzM+2.一 N+-t-以Z=f】其设计方法中最要的有两种:冲激响应不变法和舣线性变换法 .(1)冲激响应不变法样间隔舭模拟滤波器的系统函数为 H)则相应 R 数字滤波器的系统函数为)=(2)双线性变换法双线性变换是 s 域与 z 域之问的最佳映射:c(c 为常数,取 c=,丁为抽样间隔),模拟滤波器系统函数 H)与 IIR 数字滤波器系统函数 H)之间有映射:矾(c设计模拟滤波器前,将数字指标,gOs变换到模拟指标 Q,Q 时,应作预畸变QanQan2.5FIR 数字滤波器的设计FIR 数字滤波器系统函数可表示为:H(z)=bo+lz 一+2z 一+-t-bMlz 一(Ml可以叫
6、70 重庆通信学院 2003 丘其中线性相位 FIR 数字滤波器的设计方法主要有 :窗函数法,频域设计法等.没理楚 I 滤波器的频率响应为 H),单位冲激响应为).(1)窗函数法设窗函数为 w(n)(0,zN1),有所设计结果位冲激响应 h(n)=h).)频率响应 H=EHw.)e其中窗函数分为矩形窗,汉宁窗,海明窗,布莱克曼窗,凯则窗等,根据不同的设汁要求可以选择不同的窗函数.(2)频域设计法在频域为间隔对抽样得 H)=H),有设计结果系统函数日(z)=3 数字信号处理仿真实验系统的实现该仿真实验系统以 Matlab5.3 为开发 t 具,充分利用了 Matlab 强大的图形功能,专业 l
7、二具箱和矩阵运算的优势,界面友好,操作方便,实验结果显尔直观,且每一个实验的参数和函数均叮修改,非常适用于教师课堂演示和学生做实验.系统基于 Windows 平台在 Matlab环境 F 运行.系统启动后界面如图 l.数字信号处理仿真实验系统包含的实验主要仃:(1)连续信号的抽样仿真实验(2)离敞卷积仿真实验(3)离敞信号的频谱仿真实验(4)IIR 数字滤波器设计仿真实验(5)FIR 数字滤波器设计仿真实验3.1 离散卷积过程的动态展示离散卷积仿真实验实现了离散卷积物理过程的动态展示,展示分自动展示和手动展示.前者自动地展示了离散卷积的全过程并显示每移动一位的计算结果;后者便于实验者仔细观察卷
8、积的令过程并验证实验结果.图 2 是实验进行中的情形.第 l 期龚云祥等:基于 Matlab 的数字信号处理仿真实验系统 71图 1 系统启动后图 2 离散卷积仿真灾验界面3.2 离散信号的连续频谱的展示离散信号的连续频谱是以 2 万为间隔进行佶 J 期开拓的结果 .离散信号的频谱仿实验展示 r 离散信号幅度频谱和相位频谱,并 ur 显示频谱 I:每? 点的标值 .3 足实验进行 t 一的情形.72 重庆通信学院 2003 丘3 离散信号的频谱仿典实验界面3.3IIR 数字滤波器设计的展示在 IIR 数字滤波器设计仿实验巾,实验者根槲设计要求可用冲激响应变法或舣线性变换法设计具有不同通阻带特性
9、的巴特沃斯型,切比雪大 I,切比雪夫 II 型或椭圆,滤波器.实验还可进行数字滤波器(z)与相应模拟滤波器)之间的比较.实验结果如图 4 所小.4IIR 数字滤波器设计仿兵实验界面第 1 期龚云祥等:基于 Matlab 的数字信号处理仿真实验系统 734 结束语数宁信号处理足? 理论性和实践性很强的课程 ,实验是非常重要的教环.该数信号处理仿真吱验系统实用 I,效果好,征理论践之间起到很好的承接作 IIJ.参考文献【l】程佩青,数字信号处理教程.北京:清华大学出版社,200l【2】楼顺天,李博菡.基于 MATIAB 的系统分析与没计信号处理.两安: 西安IU 科技大出版社,2000【3】陈桂明
10、,张明照,戚红雨.用 MATLAB 语言处理数信号与数宁图像 .北京:科l 版社,2000SIMULATEDEXPERIMENTSYSTEMFoRDIGITALSIGNALPRoCESSINGWITHMATLABGONGYun?-xiangLIAOXiao-junCHENShao-rongAbstract:Thisessaymainlydescribessomealgorithmsofdigitalsignalprocessingandthesimulatedexperimentsystemfordigitalsignalprocessingdevelopedbytheauthorsandbr
11、ieflyintroducesthedevelopingtoolMatlab.Keywords:Matlab;Digitalsignalprocessing;Simulatedexperimentsystem(本文编辑: 张洪顺)(上接第 67 贝)MEANSoJoURNTIMEoFAMUIrI-CLASSINAQUEUINGSYSTEMWITHFEEDBACKLUWei-changLIYuan?-hongAbstract:Inthispaper,wehavediscussedtheG|Mf,queuewithBernoullifeedbackbygeneratingfunction,andderivedmeansojourntimeofacustomerinaclasscustomer.Keyword:Bernoullifeedback:sojourntime;Littielaw(本文编辑: 李广位 J
