信号物理参数的测量

实验四

题目：信号物理参数的测量

实验目的：学习确定信号和随机信号的物理参数：振幅，功率，交直流分量和频率的测量原理和方法。

实验要求：学会测量（1）正弦信号的最大值，最小值、振幅、功率、和频率。（2）随机信号的产生和统计参数的测量：均值和方差，随机信号的最大值，最小值，中值等等。噪声与信号混合之后测试信噪比。（3）学习使用频谱仪，测量正弦信号的功率频谱。

实验内容：（1）产生一个550Hz，振幅为2.5V的正弦波，用Simulink模块来测试其最大值，最小值、振幅、功率，并利用频率计的工作原理构造一个频率计，测量其频率。仿真步进可设定为1/10000秒。

这里学习使用DSP工具箱中的Statisitics工具箱。Statisitics工具箱分别有求离散信号最小值、最大值、平均值，标准差、方差、均方根植（RMS）、自相关、互相关、中值（Median），直方图、排序等等功能模块。我们学习使用最小值、最大值、平均值和方差模块来求信号的最小值、最大值、直流分量（平均值）和交流功率（方差）。

建立模型时需要注意将连续信号用零阶保持模块离散化，然后才能使用DSP工具箱中的模块。理论上正弦波的功率计算是：P=(A/sqrt(2))^2=(2.5/1.414)^2=3.1259 W。通过如下仿真可以看出，模块输出的结果是动态变化的随机量，数值上逼近理论结果。

频率计的原理：频率计实质上是一个按照固定时间清零的计数器，例如在一秒内对波形脉冲的计数就是该波形的基波频率。频率计的组成是：时间闸门，计数器，计数完毕时的输出使能（用触发子系统建模）以及频率显示模块，如下图。建模时请根据原理自行设计仿真

模块的参数。

（2）产生一个高斯随机信号：方差为2，均值为1，用（1）中的统计模块测量出其均值和方差。仿真步长1/10000秒。如下图，可见仿真计算结果和理论结果之间的细微差别。在实

验报告中解释这种差别。

设计建模一个1000Hz的正弦波，要求功率是10W。混合了一个零均值的高斯随机噪声，噪声功率为0.1W，测量出：信号和噪声的信噪比，用dB显示。测量出混合信号（相加）的总功率，你能够得出什么结论？

建模之前首先解决：功率是10W的正弦波的振幅是多少？噪声功率为0.1W的随机噪声其方差是多少？测量出的信噪比和理论信噪比分别是多少，有区别吗？下图是仿真模型和结果。

波信号的频谱，比较两者的区别。频谱仪模块在DSP工具箱中的sinks中。

注意设置频谱仪的FFT长度为2048（可设其它长度试试）。

1. 对（1）～（3）作出实验记录，说明参数设置情况、特别是遇到的问题和解决办法。（30）

分）

2. 给出（3）中建立的模型和参数设置以及仿真结果。（30分）

3. 完成思考题。（30分）

4.实验报告请在实验完成后一周内提交。（10分）

思考题：

1. 如何测量信噪比？（15分）

答:分别测出信号的噪声功率和信号功率，噪声功率和信号功率的比值就是信噪功率。

2. 说明FFT长度和频谱计算精度的关系。（15分）

答：FFT长度越长，频谱计算精度越精确。