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Matlab和信号处置(信号处置)专题培训课件.ppt
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1、4、基于MATLAB的数字信号处理4.1 4.1 信号产生信号产生4.2 4.2 离散系统的离散系统的MATLABMATLAB实现实现4.3 4.3 变换的变换的MATLABMATLAB实现实现4.4 4.4 数字滤波器设计数字滤波器设计4.5 4.5 功率谱估计功率谱估计14.1 信号产生l信号的表示信号的表示x(n)=x(n)=,x(-2),x(-1),x(0),x(1),x(2)Matlab中,信号都是用矩阵(向量)描述例如:x=4 3 7 9 1l典型离散信号表示典型离散信号表示单位抽样序列 x=zeros(1,N);x(1)=1;(n)x(k)=1;(n-k)单位阶跃序列:x=one
2、s(1,N);2波形的产生波形的产生首先产生时间:如t=0:0.01:2*pi;产生信号:如 y=sin(2*t+pi/4);square sawtooth sinc 噪声的产生噪声的产生rand,randn3 周期波形产生函数名功能Sawtooth(t,width)产生锯齿波或三角波.Width确定最大值位置Square(t,duty)产生方波。Duty指定正半周期的比例Sinc(t)产生sinc或sin(pi*t)/(pi*t)Diric(t,n)产生Dirichlet函数4sawtooth(t,0.7)square(t)sinc(t)diric(t,5)5l信号的常规操作信号加x=x1+
3、x2信号必须等长对齐信号乘x=x1.*x2信号必须等长对齐改变比例x=a*x1移位x=x1(n-k)6折叠y=x(-n)取样和y=sum(x(n1:n2)取样积y=prod(x(n1:n2)卷积y=conv(x,h)y,ny=conv_m(x,nx,h,nh)相关r=xcorr(x,y)7l产生数据产生数据直接键盘输入直接键盘输入利用函数产生,如利用函数产生,如sin,cos,sawtooh等等用用Matlab从从.Mat文件导入文件导入通过文件读写产生数据,如通过文件读写产生数据,如fopen,fread等等用一个用一个.M文件专门产生数据文件专门产生数据84.2 离散系统的MATLAB实现
4、离散系统的表示方法:离散系统的表示方法:LSI系统的时域表示系统的时域表示 常系数线性差分方程 单位抽样响应h(n)LSI系统的频域表示系统的频域表示 频率响应(DFT)转移函数(z变换)零极点增益 二次分式 离散系统的内部描述离散系统的内部描述 9l离散系统的输入输出的差分方程:离散系统的输入输出的差分方程:l单位抽样响应单位抽样响应?filter函数y=filter(b,a,x)impz函数y=impz(b,a)1011l频率响应?h,f=freqz(b,a,n,fs)1213l 零极点增益?14l离散系统的表示方法转换函数 tf2zp sos2tf tf2ss sos2zp zp2tf
5、sos2ss zp2sos ss2tf zp2ss ss2zp ss2sos15 4.3 变换的MATLAB实现1、DFT16计算 DFT并画图 1718192、FFT 可利用内部函数fft进行计算,速度快。y=fft(x,n)x的n点fft x=ifft(y,n)203、z变换R,P,K=residuez(b,a);214、DCTly=dct(x,n)lx=idct(y,n)22rp=84.3566235、Hilbert变换l 解析信号 l DFT方法求解l 函数y=Hilbert(x)24(1)数字滤波器的基本概念数字滤波器的基本概念(2)基于)基于MATLAB的的IIR滤波器设计滤波器设
6、计(3)基于基于MATLAB的的FIR滤波器设计滤波器设计4.4 基于基于MATLAB的数字滤波器设计的数字滤波器设计25(1)数字滤波器的基本概念数字滤波器的基本概念l数字滤波器数字滤波器 对数字信号进行滤波的线性时不变系统。l数字滤波器的分类数字滤波器的分类 IIR数字滤波器:设计经典选频滤波器,性能好,阶数低。FIR数字滤波器:设计线性相位经典滤波器,适用范围广、阶数高。26l数字滤波器的设计步骤数字滤波器的设计步骤1)按照实际任务的要求,确定滤波器的技术指标。2)用一个因果、稳定的离散线性时不变系统的系统函数 去逼近这一网络性能。根据不同的要求可选择IIR或者 FIR系统函数去逼近。3
7、)利用有限精度算法实现系统函数。27lIIR数字滤波器一般有两种设计方法:1)模拟原型法 先设计一个合适的模拟滤波器,然后再变 换为满足要求的数字滤波器。2)直接法 直接在离散时域和离散频域进行数字滤波 器的设计 28lFIR一般有三种设计方法:窗函数法 频率取样法 切比雪夫逼近法 29(2)基于基于MATLAB的的IIR滤波器设计滤波器设计lButterworth数字滤波器设计数字滤波器设计l椭圆数字滤波器设计椭圆数字滤波器设计lChebyshev-I数字滤波器设计数字滤波器设计lChebyshev-II数字滤波器设计数字滤波器设计30lButterworth数字滤波器设计数字滤波器设计 M
8、ATLAB语句:b,a=butter(n,wn)(1)b,a=butter(n,wn,ftype)(2)z,p,k=butter()(3)a,b,c,d=butter()(4)语句(1)(4)都可以设计一个阶数为n,截止频率为wn的数字低通滤波器。对于语句(2),若参数ftype取hi-gh或stop,则可以来设计相应的高通或带阻滤波器。返回值a和b为系统函数的分子和分母的系数。31系统函数为:返回值z,p,k分别是滤波器的零点、极点和增益。返回值A、B、C、D构造滤波器的状态方程。状态方程为:其中u是输入信号,x是状态变量,y是输出信号。32例例:设计一个阶数为9阶、截止频率为300Hz的高
9、通 Butterworth滤波器,采样频率为1000。并画出它的频率特性。程序:n=9;wn=300/500;b,a=buffer(n,wn,high);freqz(b,a,128,1000);33Buttordworth高通滤波器的频率响应34 n=235例例 设计一个10阶的带通Butterworth滤波器,它的通带 范围是100200Hz,采样频率为1000。并画出它的频率特性和冲击响应。程序:n=10;wn=100 200/500;b,a=butter(n,wn);freqz(b,a,128,1000);y,t=impz(b,a,101);stem(t,y);36 Buttordwor
10、th带通滤波器的频率响应37Buttordworth滤波器的时域冲击响应38l椭圆数字滤波器设计椭圆数字滤波器设计 MATLAB语法:b,a=ellip(n,Rp,Rs,wn)(5)b,a=ellip(n,Rp,Rs,wn,ftype)(6)z,p,k=ellip()(7)a,b,c,d=ellip()(8)语句(5)(8)都可以设计一个阶数为n,截止频率为wn,通带波纹最大衰减为Rp、阻带波纹最小衰减为Rs的数字低通滤波器。对于语句(6),若参数ftype取high或stop,则可以来设计相应的高通或带阻滤波器。返回值a和b为系统函数的分子和分母的系数。返回 39值z,p,k分别是滤波器的零
11、点、极点和增益。返回值A、B、C、D可以用来构造滤波器的状态方程。例例 采样频率为1000Hz,请设计一个阶数为6阶、截止频 率为300Hz的低通ellip数字滤波器。其中滤波器在通 带的波纹为3dB,阻带的波纹为50dB。程序:b,a=ellip(6,3,50,300/500);freqz(b,a,512,1000);title(n=6 低通椭圆滤波器);40椭圆低通滤波器的频率响应41例例 设计一个10阶的带通滤波器,通带范围为100200Hz,信号的采样频率为1000Hz,滤波器在通带的波纹为0.5 dB,阻带的波纹为20dB。设计出这个滤波器并画出它 的冲击响应。程序:b,a=elli
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