《数字信号处理》课程实验指导书

数字信号处理方法

实验指导书

陈志文

成都理工大学信息管理学院

实验一频谱分析及其应用

[实验目的]

1.熟悉FFT8-4-2算法；

2.掌握数字信号处理读写数据的基本格式、结构；

3.掌握一维、二维数据FFT频谱分析方法和技术；

4.掌握数字信号处理前后的分析、显示技术。

[实习学时]

6

[实验准备]

1.FFT8-4-2算法程序源代码及其编译环境；

2.熟悉原始采集文件数据格式；

3.复习Turbo C, VC++,或BC++等的图形显示技术。

[实验内容及步骤]

1.数据预备处理

(1)读任意道原始采集文件数据并另存，通过文本数据显示或

图形显示的方式与原始采集文件中的该道数据进行比较，

验证是否正确；

(2)读任意段连续的多道原始采集文件数据并另存，通过文本

数据显示或图形显示的方式与原始采集文件中的该段连续

的多道数据进行比较，验证是否正确；

2.FFT算法正确性验证

(1)给定长度为128个点的复数数据序列S i

{i=0,1,2,……,127},对任意i, Real(S i)=0,Image(S i)=0；

(2)假定Real(S 65)=1.00、Real(S 31)=1.00、Real(S 96)= 1.00；

(3)对S i 进行FFT 正变换生成FS i {i=0,1,2,……,127}；

(4)然后进行FFT 反变换生成VFS i {i=0,1,2,……,127}；

(5)生成误差序列ErrS i {i=0,1,2,……,127},其中 [][]22)(Im )(Im )(Re )(Re i i i i i VFS age S age VFS al S al ErrS -+-=

(6)判定ErrS i 是否小于0.01；

(7)若满足，则表示FFT 算法正确，否则检查程序。

3.频谱分析

(1)一维频谱分析

a. 读任意道原始采集文件数据P i （时间序列）；

b. 对P i 进行FFT 正变换生成FP i （频率序列）；

c. 图形显示FP i 的幅值（频谱）和相角；

d. 分析频谱图：

➢ 幅值（能量）主要集中在什么频率范围？

➢ 相角呈何变化规律？

(2)二维频谱分析

读任意段连续的多道原始采集文件数据，假定起始道

号为K 0，终了道号为K m ；屏幕上起始道绘图原点的横坐标

为(X o ,Y o )，X o = 10个像素点，Y o = 10个像素点；每道屏

幕上绘图原点的横向间隔为△X=20个像素点。频谱分析处

理步骤如下：

第一步 k= K 0，X o = 10；

第二步读k道原始采集文件数据P i（时间序列）；

第三步对P i进行FFT正变换生成FP i（频率序列）；

第四步以(X o,Y o)为原点，从上向下屏幕图形显示FP i的幅值（频谱）和相角；

第五步k += 1， X o += △X；

第六步如果k> K m，结束处理，否则重复步骤第二步～第五步；

第七步在屏幕上分析连续的多道频谱图：

➢幅值（能量）主要集中在什么频率范围？

➢相角呈何变化规律？

实验二海明(Hamming)窗低通滤波器设计[实验目的]

1.熟悉窗函数设计低通滤波器的方法；

2.掌握数字信号处理读写数据的基本格式、结构；

3.掌握一维、二维数据FFT频谱分析方法和技术；

4.掌握数字信号处理前后的分析、显示技术。

[实习学时]

4

[实验准备]

根据“实验一”确定通带截止频率ωp和阻带截止频率ωs；

[实验内容及步骤]

1.数据预备处理

(1)根据ωp和ωs计算欲设计的滤波器的过渡带带宽；

(2)根据教材P153页(5-3a)和(5-3b)计算通带允许的最大衰

减(波纹)A p和阻带应达到的最小衰减(波纹)A s；

2.滤波器设计

(1)根据A s选择合适的窗函数如海明(Hamming)窗等；

(2)计算低通滤波器单位脉冲响应的长度N；

(3)计算3dB通带截止频率ωc；

(4)确定理想低通滤波器单位脉冲响应序列h d(n)，长度为N；

(5)计算h d(n)的频率响应并绘图；

(6)确定应用窗函数设计的实际低通滤波器单位脉冲响应序列

h(n)，长度为N；

(7)计算h(n)的频率响应H(ω)并绘图。

3.低通滤波

(1)读任意道原始采集文件数据P i（时间序列）；

(2)对P i进行FFT正变换生成FP i（频率序列）；

(3)将P i与h(n)褶积生成序列x，图形显示x；

(4)将FP i与H(ω)乘积生成序列Y，对Y进行反FFT变换生成

y，图形显示y；

(5)图形显示比较序列x和y。