基于MATLAB的信号与系统仿真及应用

Key words:Sampling theorem; MATLAB; Signals and systems; The samplingtheorem
第1章
1.1 课题研究的背景及意义
通过本文着重论述了采用MATLAB的仿真工具，从而怎样得到在信号和系统分析与设计的计算机实现。而且它还包含了一整套函数集用来对信号图像处理等特殊应用进行分析并着设计，通过编程使一些运算且较大，从而使抽象的问题变得简单、直观。并且最重要的一点就是详细阅述了MATLAB软件在时域、频域仿真中的应用。
（4）扩展功能
MATLAB包含两部分内容：基本部分和各种可选的工具箱。基本部分构成了MATLAB的核心内容，也是使用和构造工具箱的基础。工具箱扩展了MATLAB的功能。MATLAB工具箱分为两大类：功能性工具箱和科学性工具箱。功能性工具箱主要用来扩充符号计算功能、可视建模仿真及文字处理功能等。学科性工具箱专业性比较强，如控制系统工具箱、信号处理工具箱、神经网络工具箱、金融工具箱、统计学工具箱等，这些工具箱都是由该领域内学术水平很高的专家编写的，用户可以直接利用这些工具箱进行相关领域的科学研究[12]。
（2）绘图功能
利用MATLAB绘图十分方便，它既可以绘制各种图形，包括二维图形和三维图形，也可以对图形进行修饰和控制，以增强图形的表现效果。MATLAB提供了两个层次的绘图操作：一种是对图形句柄进行的低层绘图操作；另一种是建立在低层绘图之上的高层绘图操作。通过MATLAB的图形方面句柄一系列的操作，人们可以更加方便的对图形进行各种各样的操作，与此同时它还为大家在图形表现的这方面提供了一个更加广阔的，没有一点约束的空间以及领域。
（3）编程语言功能
MATLAB具有程序设计语言特征，所以使用MATLAB也可以像使用BASIC、FORTRAN、C等传统编程语言一样，当你进行程序设计的时候，就会觉得非常的简单而且容易上手，进而编程效率就会大大的提高。所以来说，就拿从事数值计算方面的人来说，最为理想的选择就是用MATLAB进行编程。
本论文主要探究MATALB在信号与系统中的连续信号和离散信号中的应用，主要从连续和离散两方面入手，进一步掌握信号系统中的相关知识。同时引进计算机软件—MATLAB,对信号系统二阶系统的时域和频域分析，通过它在计算机上对程序进行仿真，阐述信号与系统理论应用与实际相联系。以此激发学习兴趣，变被动接受为主动探知，从而提升学习效果，培养主动思维，学以致用的思维习惯，也可以让人们进一步了解MATLAB软件
a)理想采样器b)理想采样器在均匀采样
图1
开关在离散时间点上闭合，闭合时间无穷小，这样，只有在那些离散时间点上，连续时间信号x(t)的值才会传给离散时间信号x [ n ]。如果采样点之间有一个固定的时间T，这样的采样称为均匀采样，采样时间是采样周期或采样间隔T的整数倍。采样时间nT可由整数n代替，表示采样点的序号，如下图2所示。
本科毕业（论文）
in The Signal System
摘 要
当前的科学信息技术正在日新月异的高速发展,而通过应用数字信号处理的方法，已成为一个非常重要的技术手段被广泛应用在通信、音频和图像、遥感，视频等领域。为了更好地了解信号与系统的基本理论和掌握其方法,从而更好地理解和掌握数字信号处理的理论知识,因此在实验过程中我们就需要通过MATLAB计算机辅助设计平台。
1.4 MATLAB语言平台简单介绍
编程编制步骤：
1.进入编译平台。在Windows平台上双击桌面的MATLAB图标或者选择[开始]→[程序]→[MATLAB],两种操作都可以进入MATLAB编辑平台。
2.编译M文件或者通过命令窗口输入适当的函数命令。
3.若使用图形用户界面编程，则设计MATLAB下可视化程序界面（加入控件、对有关属性进行设置等）并编制相应M文件。
图2
这种操作可以想象成开关以恒定周期速度f循环转动，如图1b）所示，那么两个采样值之间的时间为T=1/f=2π/ω。常以简化符号g [ n ] 表示离散时间函数，在每一个连续点上g(t)都与g [ nT ]具有相同值，并且n只能取整数。包含变量的方括号[ ]表示这是一个离散时间函数，和圆括号（）表示连续时间函数相对应。自变量n通常称为离散时间变量，因为它只表示时间上的离散点，而且它是无量纲的，不像t和T一样具有秒的单位。由于离散时间函数仅在n为整数时
大多数用于描述连续时间信号的函数和方法，可以类似地推广应用于描述离散时间信号。但是，有些操作在离散时间域和连续时间域中存在本质上的区别，所以现象也不同。
在信号与系统分析的过程当中，就拿描述离散时间的信号的离散时间函数的这方面来说，那是变的越来越重要。而且最为常见的就是离散时间信号就是由连续时间信号通过采样得来的。采样是指获取时间点上的信号值。采样过程可用一个电压信号和用做理想采样器的开关(图1)形象地描述。
This thesis mainly explores MATALB in signal and system, the application of discrete and continuous signals, mainly from the two aspects of the continuous and discrete, further to master relevant knowledge of signal system. Introduction of computer software - MATAB at the same time, the signal system of second order system time domain and frequency domain analysis, through its d on progrห้องสมุดไป่ตู้m on computer simulation, signal and system theory associated with the actual application. To stimulate interest in learning, change passive accept to active detection, so as to improve learning effect, active thinking, to practice habits of thinking, also can let people learn more about MATLAB software.
（1）数值、符号的计算功能
根据MATLAB是以矩阵最为数据操作的基本单位，这使得矩阵运算变得非常简捷、方便、高效。MATLAB还提供了十分丰富的数值计算函数，而且所采用的数值计算算法都是国际公认的、最先进的、最可靠的算法，其程序都是由世界一流的专家编制，并经高度优化，与此同时MATLAB就以它高质量的数值计算功能得到了诸多荣誉和殊荣。
有定义，形如g[2.7]或g[3/4]这种表达式的值是没有意义的。
由于连续时间变量定义的函数可以由离散时间变量定义，例如，sin(2πf n T)。可以通过采样一个连续时间函数得到离散时间函数，例如，g[n]=sin(2πf nT)。这样，虽然正弦函数在复变量平面的所有值上都有定义，但是函数g[n]仅在实整数n上有定义，也就是说，虽然sin(2πf(7.8) T)有定义，但是g[7.8]是未定义的。
1.2
所谓信号是指任何试图传送某种信息的时变物理现象，例如，人声、手语、莫尔斯电话（Morse code）、交通信号、电话线中的电压、无线电或者电视发射机发出的电场、电话或计算机网络中光纤内光强的变化等。噪声类似与信号，也是一种时变物理现象，但是它往往并不像信号那样携带有用的信息，因而人们并不希望噪声存在。
信号与系统是电子信息类本科生一门重要的专业基础课，必修课，国内许多高效将它作为相关专业的重要课程。美国麻省理工学院著名教授A.V.奥本海默在他所著教科书的前言中指出：“《信号与系统》课程不仅是工程教学中一门非常基础的课程，而且也成为工科学生在大学教育阶段所修课程中最得益而又引人入胜和最有用处的一门课程。”
4.M文件有命令文件和函数文件两种形式，命令文件的变量均为全局变量且无参数传递，而函数文件一般由function命令开始，变量通常是局部变量，可以传递多个输入输出参数。
5. 执行编译过程并修改完善程序。
第2章
2.1
在20世纪，数字计算机器从邹行发展到今天，已经成为人类社会和经济中无处不在、不可或缺的部分。在信号与系统中，数字计算的影响同样广泛。每天，曾由连续时间系统完成的操作正在逐渐由离散系统代替。
关键词：采样定理；MATLAB；信号与系统；抽样定理
Abstract
Current, the rapid development of science and information technology are changing and through the application of digital signal processing method, has become a very important technology is widely used in communication, audio andvideo,remote sensing, video, etc. In order to better understand the basic theory of signal and system, and grasp the method, to better understand and master the theoretical knowledge of digital signal processing, so we need in the process of experiment by MATLABcomputer aided design platform.
信号总是在系统上运行。当一个或者多个激励信号或输入信号作用到系统的一个或者多个输入端时，系统就会在输出端产生一个或多个响应信号或输出信号。