数据采集与信号处理

哈尔滨理工大学

研究生考试试卷

考试科目：数据采集与信号处理阅卷人：

专业：

姓名：

2013年06月21日

一、基本内容：基于FFT的功率谱分析程序设计与应用

1．基本要求

1）对一个人为产生的信号进行采用FFT变换方法进行功率谱分析。

已知信号x(n)=80.0*COS(2*3.14*SF*n/FS)

式中：n=0,1,2 ……N-1

SF---信号频率

FS---采样频率

其FFT变换结果X(k)可用下面提供的FFT子程序求出，计算功率谱的公式为：

W（k）=2(XR(k)2 +XI(k)2)/N

式中：k=0,1,2 ……N/2-1

XR(k)--- X(k)的实部

XI(k)--- X(k)的虚部

请用VB,VC或C++Builder编译器编程，或采用MATLAB计算，或采用高级语言调用MATLAB计算。处理结果为采用窗口显示时域波形和频域波形。

此信号的时域谱，频域谱，功率谱如下图所示：

其MA TLAB代码为：

FS=200;

SF=10;

N=1024;

n=0:N-1;

t=n/FS;

x=80.0*cos(2*3.14*SF*t);

subplot(221);

plot(t,x);

xlabel('t');

ylabel('y');

title('x=80.0*cos(2*3.14*SF*t)时域波形');

grid;

y=fft(x,N);

mag=abs(y);

f=(0:length(y)-1)*FS/length(y);%进行对应的频率转换

subplot(222);

plot(f(1:N/2),mag(1:N/2));%做频谱图

xlabel('频率(Hz)');

ylabel('幅值');

title('x=80.0*cos(2*3.14*SF*t)幅频谱图N=1024');

grid;

Py =2*(y.*conj(y))/N; %计算功率谱密度Py

subplot(223)

plot(f(1:N/2),Py(1:N/2));

xlabel('频率(Hz)');

ylabel('功率谱密度');

title('x=80.0*cos(2*3.14*sf*t)功率谱密度');

grid;

二. 对一个用A/D数据采集板采集的信号进行频谱分析1）方波的频谱分析图像和程序

%fangbopufenxi

fid = fopen('F:\研究生信号处理\fanbo_45HZ_1024_1000HZ\fanbo _45HZ_1024_1000HZ '); %读入方波信号

SF=1000; %采样频率为1000HZ

[a,N]= fscanf(fid,'%f');

fclose(fid); %关闭打开的方波文件

y=fft(a,N); %进行快速傅里叶运算

Pyy =sqrt(y.*conj(y))*2.0/N; %取功率普密度

f=(0:length(Pyy)-1)*SF/length(Pyy);

LPyy=20*log10(Pyy);

plot(f(1:N/2),Pyy(1:N/2),'black'); %输出FS/2点幅频谱图grid;

2）三角波的频谱分析图像和程序

%sanjiaobopufenxi

fid = fopen('F:\研究生信号处理

\fanbo_45HZ_1024_1000HZ\sanjiao

_45HZ_1024_1000HZ'); %读入三角波信号

SF=1000; %采样频率为1000HZ

[a,N]= fscanf(fid,'%f');

fclose(fid); %关闭打开的三角波文件

y=fft(a,N); %进行快速傅里叶运算

Pyy =sqrt(y.*conj(y))*2.0/N; %取功率普密度

f=(0:length(Pyy)-1)*SF/length(Pyy);

LPyy=20*log10(Pyy);

plot(f(1:N/2),Pyy(1:N/2),'black'); %输出FS/2点幅频谱图grid;

3）正弦波的频谱分析图像和程序

%zhengxianbopufenxi

fid = fopen('F:\研究生信号处理

\fanbo_45HZ_1024_1000HZ\sin_45HZ_1024_1000HZ'); %读入三角波信号

SF=1000; %采样频率为1000HZ

[a,N]= fscanf(fid,'%f');

fclose(fid); %关闭打开的三角波文件

y=fft(a,N); %进行快速傅里叶运算

Pyy =sqrt(y.*conj(y))*2.0/N; %取功率普密度

f=(0:length(Pyy)-1)*SF/length(Pyy);

LPyy=20*log10(Pyy);

plot(f(1:N/2),Pyy(1:N/2),'black'); %输出FS/2点幅频谱图grid;

由上面的三幅图我们可以看出，在三角波、正弦波和方波这三种相同频率波的频谱分析中，方波的谐波特性最明显而且都是频率的奇数倍，三角波的谐波特性次之，正弦波的最不明显。