基于MATLAB的信号处理仿真
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抵消掉。其原理如图2 所示。
同时 RTW ( Real Time Workshop ) 还 可对 SIM iJLINK模块提供 C 代码生成功能， 所以用户可 以 通过 SIM IJLIN 建立系统模型， K 并针对不同的参 数进行动态仿真， 通过参数的不断调整优化， 找出 系统最佳实现模型参数， 此时， 可以通过RTW模块 直接生成相应的 C 语言程序， 并且此程序是经过 优化的， 因此， 利用此种功能可方便、 快捷地实现系 统开发， 其大部分工作均可在 SIM ULINK 环境中完 成， 最后只需将生成的优化 C 代码嵌人系统。从 某种程度上说， ULINK 及 RTW的出现， SIM 在强大 M TLA 功能的同时， A B 也在改变 着人们对系统进行
所以， 借助于 M TLA 中的SIMULD K 无论在系统 A B V 的仿真过程中， 还是在仿真后的处理中， 都能够获 得较直观的可视性和性能良好的分析。
3
结束语
M ATLA 除了交互式编程以外， B 它还提供了 可靠方便的矩阵运算 、 绘图、 数据处理以及便利 的W indow 编程等工具， s 再加之其本身集成的
准软件。
试、 解释的工具。 ③图 形句柄 图形句柄是 M TLA 的图形处 A B 理系统， 其中既包括二维、 三维数据的可视化图形
表示、 图象处理的直观显示的高级命令， 也包括定 制图形显示、 创建应用程序完整的图形用户界面 (G 的低级命令。 UI)
) M ATLAB 数学函数库 该库收集了巨量的 数学函数及算法， 从简单的数学函数如 sum, sine, cosine 和复数运算， 到复杂的函数如矩阵求逆、 求 特征值、 Bessel 函数, . m ⑤M TLA 应用程序接口( API) 它是一个允 A B 许用户编写与 MATLAB 交互的 C 和 FORTRON 程 序的库， 包括从 M ATLAB 中调用程序、 调用 M ATLA 作为计算引擎和读/ 写 M 文件。 B AT
Qa
第1卷 _第I 期
2000 年 3 月
Jour al of Informat on E咱neering Universit n i y
信 』 程 大 学 学报 息工
Vo l . 1 No . 1
M ar . 20 0 0
基 于 MATLAB 的信 号处 理 仿 真
刘勤让 罗小武
( 信息工程大学信息技术学院， 郑州 450002)
4 J0
〔 “ 德 等 ;王 德 自 应 号 理 ]. ’ 维 罗 著 永 译 适 信 处 [M 〕
采样数
第n个抽头
四川大学出版社， 1991. [2] 楼顺天等编著 . 基于M TLA 的系统分析与设计 A B 一 刊言 一 号处理[M] . 西安电子科技大学出版社，
1998 .
图4
仿真结果分析圈形
n
I吐
万
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Bcs lok R
T oo l bo xe s
卜o l i n e a r
( 泊n 的 e U o n 息 e
图 1 Siim ilinlc模块库
其中M ATLA 中的工具箱涵盖了许多领域， B 使 该软件广泛用于自动控制、图像) 信号处理、 ( 生物 医学工程、 雷达工程、 时序分析与建模、 化学统计
开发设计的流程。
朴 回咒 坏 困
抢入信号 图2
吕 . 十0
箱出
何号
自适应故波器
误差信号 嗓声抵消器原理图
假定。 和no是统计平稳， ,y,n， 且具有零均值。
自 适应滤波器输出为
SIM ULINK包含以下模型库:愉人源( Sources) , 艳出方式( Sinks) , 离散子模库( Discr te) , 线性环节 e (Linear) 、 非线性环节( Nonlinear) 、 连接与接口(Connections) 、 工具箱(Toolboxes & Blocksets) o 所以 SIMULINK 模块库如图 1 所示。
窗口 键人命令来进行仿真。同时采用 Scope 模块 或其它的作图模块， 可以在仿真进行的同时看到仿
收稿日 1999 - 04 - 06 期: 作者简介:刘助让( 1975 一 ， ) 男.河南唯县人， 信息工程大学硕土研究生， 研究 向为自 适应信号处理。
Q}
第 1期
刘勤让等:基于M TLA 的信号处理仿真 A B
2
仿真工具 SIMULINK
Sa ruL 是一个用来对动态系统进行建模、 m 仿真和分析的软件系统， 它支持连续时间、 离散时
间及两者混合的线性、 非线性系统， 也支持多个变 量、 多速率系统。 SIMULI K为用户提供了用方框图进行建模的 N 图形用户接口， 用户只需用鼠标选中各模块， 并放 进新建的模块图， 最后用连线将各模块连接起来， 即完成对特定系统模型的创建。定义完模型以后， 用户可通过 SIMUIINK 的菜单或 M ATLAB 的命令
上面模型中输人信号为幅度为 I 的正弦信号， 噪声功率为 I ， 将其滤波后与信号相加几M 算法 S
z /
信息 工程大 学学 报
200 〕 1 年
的初始权为0 ， 迭代步长为 0 .025， 自适应滤波器的
阶数为 320
同时还可以对 自适应滤波器的时常数 、 学习曲 线、 权向量噪声及超量均方误差进一步做出分析，
。 ! + no一 二 ， 两边做平方运算
(1)
e2=sa+(a。 ， 一 )Z+2s(n。 ， 一)
对两边求数学期望得
(2)
E(e2) = E(32) + ￡(。一 )Z + 汇。Y ) E[s(no一 )卜E(S) +E[(no一 ](3) Y Z y)'
滤波器收敛时， ( ez) 达到最小， E 而信号功率
学、 优化设计等方面。
3 信号处理 SIMULINK 仿真
本文以自 适应噪声抵消为例， 介绍 SIM ULIN K 对信号处理进行仿真的方法。 3. 1 自 适应噪声抵消原理 自 适应噪声抵消的原理是以信号和噪声( 。 +
图3
自适应嗓声抵消的 M ATIAH 实现
o r )作为对消器的“ 原始愉人”以噪声(n,)作为对 ，
中圈分类号 :TN911.7 文献标识码: A
1 MATLAB 语言介绍
MA TIAB 是一种面向科学与工程计算的高级 语言， 该语言最初是在 1980 年由美国的Cleve M oler 博士提出， 其主要目的是解决矩阵运算和作图用高 级语言(FORTRON, C 等) 实现比较烦琐的问题， 因 此又称作“ 矩阵实验室”M T. LA ( A Boratory)。在 M ATLAB 没有问世以前， 对于简单的矩阵运算以及 作图都要编出很复杂的程序来实现， 大大限制了计 算机在工程计算方面的应用。而 M TLA 的出现 A B 彻底解决了这种尴尬局面， 该语言集成了计算、 可 视化以及与数学表达式相似的编程环境， 大大方便 了用户的使用， 并广泛用于计算、 算法研究、 模拟仿 真、 数据分析和科学工程作图等。目前在国外的高 等院校里， ATLAB 已成为大学生、 M 研究生甚至博 士生必须掌握的技能; 在设计单位和工业部门， M ATLAB也已 成为研究和解决各种问题的一种标
M ATLA 系统主要包括以下五个部分: B ①M TLA 语言 M TLA 语言是一种包括 A B A B 控制流语句、 函数、 数据结构、 输人/ 输出和面向对 象编程特性的高级语言， 它以矩阵作为基本的数据 单元， 既可以快速创建小程序完成简单运算， 也可 以为了复杂应用， 编写完整的大应用程序。 ) M TLA 工作环境 M A B ATLAB 工作环境主 要包括一系列完成如管理工作空间的变量、 数据输 人/ 输出、 M文件( M ATLAB 的应用程序) 的生成、 调
摘要:M TLA A B是一种面向 科学与工程计算的高级语言， 于其集成了 由 许多 领域的工具箱， 因 此又被称之为“ 巨人肩上的工具”本文以 ， 该软件的最新版本 M TLA A B5.1 为例， 在简单介绍 M ATLAB 的 墓础上， 详细阐 述了 其仿真功能在信号处理中 的应用。 关健词: 信号处理;仿真;
强大工具箱， 使得该软件具有强大的开放性， 并 在许多领域都得到广泛的应用， 从而成为国际
上流行的新软件之一。所以M ATLAB 无论在教 学， 还是在计算机辅助分析、 设计、 仿真中都有 着广泛的应用前景。
参考文做 :
采样敬
采样数
。 . 4
权 系 。 致 沁
0 上 】 . 2 0 10 0 0 2 000 30 0 0 0 10 20 30
最后利用 RA B 强大的作图和数据分析能 TLA 力， 对本例中自 适应滤波器的性能进行分析可知， 自 适应滤波器在250 个样本点开始收敛， 并画仿真 过程中输人信号、 信号加噪声、 输出信号以及经过 噪声抵消处理后的信号与原信号误差如图4 所示。
信 号ຫໍສະໝຸດ Baidu十 嗓 声
0 10 0 0 2 00 0 300 0 。 卜 0 10 0 0 20 0 0 3000
So u rc e s
Sin k s
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L ine n
E(尸 受影响， )不 所以E(eZ )最小的 结果是使滤波 器 的 输出 噪声功率班(n。 y)Z 最小， 一 〕 从而使得输
出端的信噪比最大， 实现自 适应噪声对消。 3.2 自适应嗓声抵消 M ATLAB 实现 运用 M ATLA 』创建模型如图3 所示。
[3] Du- }lenselmen 等著;李人厚等译 . 精通 M TIAI A 综合辅导与指南【 . 西安文通大学出版社， M] 1998.
Sh 18I Processing Snnulati on Based on 1
LIU 切n-rang LUO Xiao wu gineer ng computing. It includes toolboxes for i TLA o many fields of scienc and is widely used so it is cal ed "ATool on the Giant".In this paper,KA B is intr duced e l br ef y based on version 5. 1 and its simulation func on is ( iscussed in de ta il . i l i t f Key words:signal pr cessing;simulation o
真的结果， 而且其参数可以动态地进行调整， 仿真 的结果可存到工作空间， 以便事后运用分析工具作 进一步的处理， 因此该结构具有直观、 方便、 灵活的
优点。
消器的“ 参考输人”其中nl 与no相关， ， 而与， 不相 关。用自 适应算法( 如: LM RIS)控制自 S, 适应滤波 器的系数， 依据最小均方误差准则， 适应滤波器 自 收敛时， no 中的no 将被 。通过滤波器产生的y + ，
同时 RTW ( Real Time Workshop ) 还 可对 SIM iJLINK模块提供 C 代码生成功能， 所以用户可 以 通过 SIM IJLIN 建立系统模型， K 并针对不同的参 数进行动态仿真， 通过参数的不断调整优化， 找出 系统最佳实现模型参数， 此时， 可以通过RTW模块 直接生成相应的 C 语言程序， 并且此程序是经过 优化的， 因此， 利用此种功能可方便、 快捷地实现系 统开发， 其大部分工作均可在 SIM ULINK 环境中完 成， 最后只需将生成的优化 C 代码嵌人系统。从 某种程度上说， ULINK 及 RTW的出现， SIM 在强大 M TLA 功能的同时， A B 也在改变 着人们对系统进行
所以， 借助于 M TLA 中的SIMULD K 无论在系统 A B V 的仿真过程中， 还是在仿真后的处理中， 都能够获 得较直观的可视性和性能良好的分析。
3
结束语
M ATLA 除了交互式编程以外， B 它还提供了 可靠方便的矩阵运算 、 绘图、 数据处理以及便利 的W indow 编程等工具， s 再加之其本身集成的
准软件。
试、 解释的工具。 ③图 形句柄 图形句柄是 M TLA 的图形处 A B 理系统， 其中既包括二维、 三维数据的可视化图形
表示、 图象处理的直观显示的高级命令， 也包括定 制图形显示、 创建应用程序完整的图形用户界面 (G 的低级命令。 UI)
) M ATLAB 数学函数库 该库收集了巨量的 数学函数及算法， 从简单的数学函数如 sum, sine, cosine 和复数运算， 到复杂的函数如矩阵求逆、 求 特征值、 Bessel 函数, . m ⑤M TLA 应用程序接口( API) 它是一个允 A B 许用户编写与 MATLAB 交互的 C 和 FORTRON 程 序的库， 包括从 M ATLAB 中调用程序、 调用 M ATLA 作为计算引擎和读/ 写 M 文件。 B AT
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刘勤让 罗小武
( 信息工程大学信息技术学院， 郑州 450002)
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四川大学出版社， 1991. [2] 楼顺天等编著 . 基于M TLA 的系统分析与设计 A B 一 刊言 一 号处理[M] . 西安电子科技大学出版社，
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其中M ATLA 中的工具箱涵盖了许多领域， B 使 该软件广泛用于自动控制、图像) 信号处理、 ( 生物 医学工程、 雷达工程、 时序分析与建模、 化学统计
开发设计的流程。
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自适应故波器
误差信号 嗓声抵消器原理图
假定。 和no是统计平稳， ,y,n， 且具有零均值。
自 适应滤波器输出为
SIM ULINK包含以下模型库:愉人源( Sources) , 艳出方式( Sinks) , 离散子模库( Discr te) , 线性环节 e (Linear) 、 非线性环节( Nonlinear) 、 连接与接口(Connections) 、 工具箱(Toolboxes & Blocksets) o 所以 SIMULINK 模块库如图 1 所示。
窗口 键人命令来进行仿真。同时采用 Scope 模块 或其它的作图模块， 可以在仿真进行的同时看到仿
收稿日 1999 - 04 - 06 期: 作者简介:刘助让( 1975 一 ， ) 男.河南唯县人， 信息工程大学硕土研究生， 研究 向为自 适应信号处理。
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第 1期
刘勤让等:基于M TLA 的信号处理仿真 A B
2
仿真工具 SIMULINK
Sa ruL 是一个用来对动态系统进行建模、 m 仿真和分析的软件系统， 它支持连续时间、 离散时
间及两者混合的线性、 非线性系统， 也支持多个变 量、 多速率系统。 SIMULI K为用户提供了用方框图进行建模的 N 图形用户接口， 用户只需用鼠标选中各模块， 并放 进新建的模块图， 最后用连线将各模块连接起来， 即完成对特定系统模型的创建。定义完模型以后， 用户可通过 SIMUIINK 的菜单或 M ATLAB 的命令
上面模型中输人信号为幅度为 I 的正弦信号， 噪声功率为 I ， 将其滤波后与信号相加几M 算法 S
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200 〕 1 年
的初始权为0 ， 迭代步长为 0 .025， 自适应滤波器的
阶数为 320
同时还可以对 自适应滤波器的时常数 、 学习曲 线、 权向量噪声及超量均方误差进一步做出分析，
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(1)
e2=sa+(a。 ， 一 )Z+2s(n。 ， 一)
对两边求数学期望得
(2)
E(e2) = E(32) + ￡(。一 )Z + 汇。Y ) E[s(no一 )卜E(S) +E[(no一 ](3) Y Z y)'
滤波器收敛时， ( ez) 达到最小， E 而信号功率
学、 优化设计等方面。
3 信号处理 SIMULINK 仿真
本文以自 适应噪声抵消为例， 介绍 SIM ULIN K 对信号处理进行仿真的方法。 3. 1 自 适应噪声抵消原理 自 适应噪声抵消的原理是以信号和噪声( 。 +
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MA TIAB 是一种面向科学与工程计算的高级 语言， 该语言最初是在 1980 年由美国的Cleve M oler 博士提出， 其主要目的是解决矩阵运算和作图用高 级语言(FORTRON, C 等) 实现比较烦琐的问题， 因 此又称作“ 矩阵实验室”M T. LA ( A Boratory)。在 M ATLAB 没有问世以前， 对于简单的矩阵运算以及 作图都要编出很复杂的程序来实现， 大大限制了计 算机在工程计算方面的应用。而 M TLA 的出现 A B 彻底解决了这种尴尬局面， 该语言集成了计算、 可 视化以及与数学表达式相似的编程环境， 大大方便 了用户的使用， 并广泛用于计算、 算法研究、 模拟仿 真、 数据分析和科学工程作图等。目前在国外的高 等院校里， ATLAB 已成为大学生、 M 研究生甚至博 士生必须掌握的技能; 在设计单位和工业部门， M ATLAB也已 成为研究和解决各种问题的一种标
M ATLA 系统主要包括以下五个部分: B ①M TLA 语言 M TLA 语言是一种包括 A B A B 控制流语句、 函数、 数据结构、 输人/ 输出和面向对 象编程特性的高级语言， 它以矩阵作为基本的数据 单元， 既可以快速创建小程序完成简单运算， 也可 以为了复杂应用， 编写完整的大应用程序。 ) M TLA 工作环境 M A B ATLAB 工作环境主 要包括一系列完成如管理工作空间的变量、 数据输 人/ 输出、 M文件( M ATLAB 的应用程序) 的生成、 调
摘要:M TLA A B是一种面向 科学与工程计算的高级语言， 于其集成了 由 许多 领域的工具箱， 因 此又被称之为“ 巨人肩上的工具”本文以 ， 该软件的最新版本 M TLA A B5.1 为例， 在简单介绍 M ATLAB 的 墓础上， 详细阐 述了 其仿真功能在信号处理中 的应用。 关健词: 信号处理;仿真;
强大工具箱， 使得该软件具有强大的开放性， 并 在许多领域都得到广泛的应用， 从而成为国际
上流行的新软件之一。所以M ATLAB 无论在教 学， 还是在计算机辅助分析、 设计、 仿真中都有 着广泛的应用前景。
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信 号ຫໍສະໝຸດ Baidu十 嗓 声
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真的结果， 而且其参数可以动态地进行调整， 仿真 的结果可存到工作空间， 以便事后运用分析工具作 进一步的处理， 因此该结构具有直观、 方便、 灵活的
优点。
消器的“ 参考输人”其中nl 与no相关， ， 而与， 不相 关。用自 适应算法( 如: LM RIS)控制自 S, 适应滤波 器的系数， 依据最小均方误差准则， 适应滤波器 自 收敛时， no 中的no 将被 。通过滤波器产生的y + ，