MATLAB课程PPT第七章.ppt
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1、第七章第七章 信号处理工具箱函数信号处理工具箱函数 7.1 波形产生波形产生1 1、sawtooth sawtooth 函数:函数:产生锯齿波或三角波产生锯齿波或三角波 调用方式:调用方式:x=sawtooth(t)x=sawtooth(t)x=sawtooth(t,width)x=sawtooth(t,width)说明:说明:sawtooth(t)sawtooth(t)函数产生周期为函数产生周期为2 2 ,幅值从,幅值从-1-1到到+1+1的锯齿波,在的锯齿波,在2 2的整数倍处,其值的整数倍处,其值-1-1为,并以为,并以1/1/的斜率的斜率线性上升到线性上升到+1 +1;sawtooth
2、(t,width)sawtooth(t,width)产生三角波,其中产生三角波,其中widthwidth用于确用于确定最大值的位置,即从定最大值的位置,即从0 0到到2 2*width*width,函数从,函数从-1-1上升到上升到+1+1,然后在然后在2 2*width*width至至2 2之间又线性地从之间又线性地从+1+1降至降至-1-1,周而复始。,周而复始。当当width=0.5 width=0.5 时,产生一对称的标准三角波,当时,产生一对称的标准三角波,当width=1width=1时,时,产生锯齿波。产生锯齿波。7.1 7.1 波形产生波形产生2、square 函数函数:产生方
3、波产生方波 调用方式:调用方式:x=square(t)x=square(t,duty)说明:说明:square(t)产生周期是产生周期是2,幅值是,幅值是1的方波;的方波;square(t,duty)产生指定周期的方波,其中产生指定周期的方波,其中duty是是“占空比占空比”,用于指定正半周期的比例。,用于指定正半周期的比例。7.1 7.1 波形产生波形产生3、sinc 函数:函数:产生产生 sinc或或 函数函数 调用格式:调用格式:y=sinc(x)说明:说明:函数函数 sinc 用于计算函数用于计算函数 SinC 这个函数是宽度为这个函数是宽度为2,幅度为,幅度为1 的的 矩形脉冲的连续
4、矩形脉冲的连续逆傅里叶变换,即:逆傅里叶变换,即:Sinc(t)=7.1 波形产生波形产生调用格式:调用格式:y=diric(x,n)说明:说明:在在y=diric(x,n)中中,n必须为正整数,必须为正整数,y为相应的元素为相应的元素的的Dirichlet 函数函数 Dirichlet 函数是周期信号,当函数是周期信号,当n是奇数时,周期为是奇数时,周期为2 ,当,当n是偶数时,周期为是偶数时,周期为4。4、diric 函数函数:产生产生 Dirichlet 或周期或周期 sinc 函数函数7.2 滤波器分析和实现滤波器分析和实现1、abs 函数函数:求绝对值(幅值)求绝对值(幅值)调用格式
5、:调用格式:y=abs(x)说明:说明:y=abs(x)计算的计算的x的绝对值。当的绝对值。当x是复数时,计算复数是复数时,计算复数的模(幅值);当的模(幅值);当x是字符串时,计算字符串的各个字符的是字符串时,计算字符串的各个字符的ASCII 码。码。2、angle 函数函数:求相角求相角调用格式:调用格式:p=angle(x)说明:说明:angle(x)用于求取复矢量或复矩阵用于求取复矢量或复矩阵x的相角(以弧度为的相角(以弧度为单位),相角介于单位),相角介于-和和之间。之间。7.2 滤波器分析和实现滤波器分析和实现3、conv 函数函数:求卷积求卷积调用格式:调用格式:c=conv(a
6、,b)说明:说明:conv(a,b)用于求矢量用于求矢量 a 和和 b 的卷积的卷积.7.2 滤波器分析和实现滤波器分析和实现 说明:说明:数字滤波器的数字滤波器的z域表示:域表示:y=filter(b,a,x)利用给定的矢量利用给定的矢量 a 和和 b,对,对 x 中的数据进行滤中的数据进行滤波,结果放入矢量波,结果放入矢量 y 中,其长度为中,其长度为 max(na,nb);y,zf=filter(b,a,x)除得到结果矢量除得到结果矢量 y 外,还得到外,还得到 x 的最的最终状态矢量终状态矢量 zf;y=filter(b,a,x,zi)在在 zi 中可指定的初始状态。中可指定的初始状态
7、。4、filter 函数函数:利用利用IIR或或FIR数字滤波器对数据进行滤波数字滤波器对数据进行滤波调用格式:调用格式:y=filter(b,a,x)y,zf=filter(b,a,x)y=filter(b,a,x,zi)7.2 滤波器分析和实现滤波器分析和实现5 5、freqs freqs 函数:函数:模拟滤波器的频率响应模拟滤波器的频率响应 调用格式:调用格式:h=freqs(b,a,w)h=freqs(b,a,w)h,w=freqs(b,a)h,w=freqs(b,a)h,w=freqs(b,a,n)h,w=freqs(b,a,n)freqs(b,a)freqs(b,a)说明:说明:f
8、reqsfreqs用于计算由矢量用于计算由矢量a a和和b b构成的模拟滤波器的复频响构成的模拟滤波器的复频响应。应。矢量矢量w w用于指定频率值用于指定频率值;设定设定200200个频率点计算频率响应,个频率点计算频率响应,200200个频点记录个频点记录w w在中在中;n n个频率点计算频率响应个频率点计算频率响应;在当前图形窗口中绘制幅频和相频曲线。在当前图形窗口中绘制幅频和相频曲线。7.2 7.2 滤波器分析和实现滤波器分析和实现例:有一模拟滤波器,其传递函数设为:例:有一模拟滤波器,其传递函数设为:要求:要求:绘制出它的幅频特性和相频特性。绘制出它的幅频特性和相频特性。7.2 滤波器
9、分析和实现滤波器分析和实现6、freqz 函数函数:数字滤波器的频率响应数字滤波器的频率响应调用格式:调用格式:h,w=freqz(b,a,n)h,f=freqz(b,a,n,Fs)h,w=freqz(b,a,n,whole)h,f=freqz(b,a,n,whole,Fs)h=freqz(b,a,w)h=freqz(b,a,f,Fs)freqz(b,a)说明:用于计算由矢量说明:用于计算由矢量a和和b构成的数字滤波器复频响应构成的数字滤波器复频响应H(j)7.2 滤波器分析和实现滤波器分析和实现h,w=freqz(b,a,n):得到数字滤波器的得到数字滤波器的n点复频响应,点复频响应,w中记
10、录中记录着这点频率,着这点频率,h中记录着相应的频率响应;中记录着相应的频率响应;h,f=freqz(b,a,n,Fs):Fs是指定的采样频率,即在是指定的采样频率,即在0Fs/2频率频率范围内选取范围内选取n个频率点,并记录在个频率点,并记录在f中,中,h是相应的频率相应是相应的频率相应;h=freqz(b,a,w):计算在矢量计算在矢量w中指定的频率处的频率响应,但指定中指定的频率处的频率响应,但指定的频率必须介于的频率必须介于0和和2之间;之间;h=freqz(b,a,f,Fs):计算在矢量计算在矢量f中指定的频率处的频率响应,但指中指定的频率处的频率响应,但指定频率必须介于定频率必须介
11、于0和和Fs之间;之间;7.2 滤波器分析和实现滤波器分析和实现例:对一数字滤波器:例:对一数字滤波器:编写程序:编写程序:绘制此滤波器的幅频和相频特性曲线。绘制此滤波器的幅频和相频特性曲线。7.2 滤波器分析和实现滤波器分析和实现7、grpdelay 函数:函数:平均滤波延迟(群延迟)平均滤波延迟(群延迟)调用格式:调用格式:gd,w=grpdelay(b,a,n)gd,f=grpdelay(b,a,n,Fs)gd,w=grpdelay(b,a,n,whole)gd,f=grpdelay(b,a,n,whole,Fs)gd=grpdelay(b,a,w)gd=grpdelay(b,a,f,F
12、s)grpdelay(b,a)说明:滤波器的群延迟是滤波器平均延迟相对于频率的函数,说明:滤波器的群延迟是滤波器平均延迟相对于频率的函数,实际上它是滤波器相位响应的负一阶导数。实际上它是滤波器相位响应的负一阶导数。7.2 滤波器分析和实现滤波器分析和实现8、impz 函数:函数:数字滤波器的冲激响应数字滤波器的冲激响应调用格式:调用格式:h,t=impz(b,a)h,t=impz(b,a,n)h,t=impz(b,a,n,Fs)impz(b,a)说明:说明:h,t=impz(b,a):h是滤波器的冲激响应,取样点数是滤波器的冲激响应,取样点数n由函数由函数impz自动选取,并记录在矢量自动选取
13、,并记录在矢量t 中中(t=0:n-1)。h,t=impz(b,a,n):n是用户指定的取样点或取样时刻;是用户指定的取样点或取样时刻;h,t=impz(b,a,n,Fs):表示取样间隔为表示取样间隔为1/Fs;impz(b,a):在当前图形窗口中利用函数在当前图形窗口中利用函数stem(t,h)绘制冲激响应。绘制冲激响应。7.2 滤波器分析和实现滤波器分析和实现9、zplane 函数:函数:离散系统零极点图离散系统零极点图调用格式:调用格式:zplane(z,p)zplane(b,a)说明:说明:zplane(z,p):可绘制列向量可绘制列向量z中的零点和列向量中的零点和列向量p中的中的 极
14、极点;点;zplane(b,a):a和和b是行向量,首先利用函数是行向量,首先利用函数roots找出由分子系数找出由分子系数b和分母系数和分母系数a构成的传递函数的零极点,然后再绘制出零极点构成的传递函数的零极点,然后再绘制出零极点图;图;7.3 线性系统变换线性系统变换 1 1、residuez residuez 函数函数:Z变换部分分式展开或留数计算变换部分分式展开或留数计算调用格式:调用格式:r,p,k=residuez(b,a)b,a=residuez(r,p,k)说明:说明:r,p,k=residuez(b,a):可将以多项式之比:可将以多项式之比 表示的离表示的离散系统转化成留数、
15、极点和直接项的部分分式展开;散系统转化成留数、极点和直接项的部分分式展开;设:设:b(z)=b0+b1z-1+bmz-m a(z)=a0+a1z-1+anz-n7.3 线性系统变换线性系统变换若不存在重根,且,则有若不存在重根,且,则有 若若p(j)=p(j+1)=p(j+s-1)为为s重极点,则分式中包含:重极点,则分式中包含:b,a=residuez(r,p,k):将部分分式转化成多项式:将部分分式转化成多项式7.3 线性系统变换线性系统变换2、sos2ss 函数:函数:变系统二阶分割形式为状态空间形式变系统二阶分割形式为状态空间形式调用格式:调用格式:A,B,C,D=sos2ss(sos
16、)说明:离散传递函数的二阶分割形式为:说明:离散传递函数的二阶分割形式为:其系数由其系数由 sos 给出,给出,sos为为L*6 的矩阵的矩阵7.3 线性系统变换线性系统变换3、sos2tf 函数函数:变系统二阶分割形式为传递函数形式变系统二阶分割形式为传递函数形式调用格式:调用格式:num,den=sos2tf(sos)说明:传递函数形式可表示为:说明:传递函数形式可表示为:系统的单输入单输出的状态方程形式:系统的单输入单输出的状态方程形式:x(n+1)=Ax(n)+Bu(n)y(n)=Cx(n)+Du(n)7.3 线性系统变换线性系统变换4、sos2zp 函数:变系统二阶函数:变系统二阶
17、分割形式为零极点增益形式分割形式为零极点增益形式调用格式:调用格式:z,p,k=sos2zp(sos)说明:系统的零极点增益形式表示为:说明:系统的零极点增益形式表示为:7.3 线性系统变换线性系统变换 类似的还有如下函数:类似的还有如下函数:ss2sos变系统状态空间形式为二阶分割形式变系统状态空间形式为二阶分割形式ss2tf变系统状态空间形式为传递函数形式变系统状态空间形式为传递函数形式ss2zp变系统状态空间形式为零极点增益形式变系统状态空间形式为零极点增益形式tf2ss变系统传递函数形式为状态空间形式变系统传递函数形式为状态空间形式tf2zp变系统传递函数形式为零极点增益形式变系统传递
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