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文档简介

1、武汉大学教学实验报告电子信息学院 电子信息工程 专业 2015 年 9 月 25 日 实验名称 信号的抽样与内插 指导教师 姓名 年级 2013级 学号 成绩 一、 预习部分1. 实验目的2. 实验基本原理3. 主要仪器设备(含必要的元器件、工具)一、 实验目的1. 熟悉信号的抽样与恢复过程2. 观察欠采样与过采样时信号频谱的变化3. 掌握采样频率的确定方法二、实验基本原理由时域抽样定理可知,若有限带宽的连续时间信号 f (t)的最高角频率为Wm ,信号 f (t)可以用等间隔的抽样值唯一表示,且抽样间隔 T s 必须不大于1/2 f m , 或者说抽样频率 s 2m 。下图所示为信号抽样与恢

2、复示意图,其中(a)中为抽样前带限信号f (t),其频谱F()为图(b)所示,最高频率为 m 。当该信号被抽样间隔为T s 的冲激序列抽样时,若s T 大于1/2 f m(过采样),则抽样后信号 f (t) s 的频谱为图(f)所示,频谱没有产生混迭现象。将抽样后信号 f s (t) 通过一个低通滤波器,能恢复原信号 f (t)。若 T s 小于1/2 f m(欠采样),则抽样后信号 f (t) s 的频谱将产生混迭现象,不能从抽样后信号 f (t) s 中恢复原信号 f (t).三、主要仪器设备(含必要的元器件、工具)要用到的matlab函数及工具箱1. Simulink 仿真利用Simul

3、ink 完成信号的抽样与内插实验仿真设计。2. fft 函数功能:离散傅里叶变换。调用格式:y = fft(x, n)3. abs 函数功能:求绝对值和复数的模。调用格式:y = abs(x)二、 实验操作部分1. 实验数据、表格及数据处理2. 实验操作过程(可用图表示)3. 实验结论一、 实验数据、表格及数据处理1、 方波的抽样与恢复(过抽样)方波频率1Hz,振幅为1,第一级低通滤波器截止频率50Hz 抽样信号为120Hz,占空比为50%的矩形波方波信号源的波形图(f=1Hz amplitude=1)方波抽样后波形恢复的方波波形方波频谱图2、 三角波的抽样与恢复(欠抽样)三角波频率1Hz,振

4、幅为1,滤波器截止频率为25Hz,抽样信号为频率40Hz,占空比为50%的矩形波。三角波源信号抽样后信号恢复的信号三角波各信号频谱二、 实验操作过程设计信号 频率为1Hz的方波与三角波,f = 1Hz的抽样与恢复的实验,实验步骤如下:1. 在 MATLAB 命令窗口中输入“simulink”,启动Simulink LibraryBrowser;2. 在 Simulink Library Browser 中,新建一个模型文件,编辑模型文件,建立抽样与内插的仿真模型,并保存为sample.mdl;3. 分别在方波过采样与三角波欠采样条件下,配置各模块的参数(如信号源的频率,抽样脉冲的间隔,低通滤波

5、器的截止频率等)。4. 在模型文件的菜单中选择 SimulationStart,运行在欠采样、与过采样条件下的仿真模型;5. 仿真结束后,打开示波器,观察在欠采样与过采样条件下的仿真结果。6. 利用matlab的fft函数画出各个过程信号的频谱图三、 实验结论(1)方波信号抽样实验方波信号的频率为1Hz,其实际频谱是非常宽广的,我把它通过第一个低通滤波器的频带作为它的频带,最高频率为50Hz,所以当抽样频率低于2倍的f m,即100Hz时为欠抽样,大于该值时为过抽样。只有抽样频率大于奈奎斯特频率时,才会不失真地把信号恢复出来。在我的程序中,我将抽样频率设置为120Hz,因而最后可以不失真的把信

6、号进行恢复。(2)三角波信号抽样实验三角波信号的频率为1Hz,其实际频谱是非常宽广的,我同样把它通过第一个低通滤波器的频带作为它的频带,最高频率为25Hz,所以当抽样频率低于2倍的f m,即50Hz时为欠抽样,大于该值时为过抽样。实验中把抽样频率设置为40Hz,是低于奈奎斯特频率的,因而出现了波形的失真,无法把原信号很好的恢复出来。三、 实验效果分析(包括仪器设备等使用效果)1、说明采样频率变化对信号时域和频域特性的影响。在时域上采样频率越高,时域波形的细节变化越明显,从时域的波形图上也就更容易看出时域变化的特征。在频域上,信号的频带范围有一个上限fm,采样频率小于2fm时为欠抽样,这时抽样后

7、的信号频域会发生混叠,改变了原来的频域特征,这样一来再恢复的话,就无法把混叠部分进行分离,从而导致信号失真。2. 分析采样与内插仿真模型中两个低通滤波器的作用。对于第一个低通滤波器,当输入信号为正弦波时,可能会有一些别的频率分量的噪声存在,低通滤波器可以只让指定频率的正弦波通过,滤除噪声;对于方波和三角波,其频带很宽,通过低通滤波器后可以将其频率限定在一个范围中,然后可以把这个频率作为信号的最高频率fm,当抽样频率大于2fm时,就可以对信号进行无失真地恢复。3、实验心得这次的实验让我又一次对于matlab的神奇功能有了更深入的认识,他可以对系统进行仿真,然后通过可视化工具把内部一些特征的变化表

8、现出来。通过fft函数,我清楚的看到了在时域上的抽样,通过低通滤波器,在频域上是怎样的一种表现,加深了我对于信号处理知识的掌握。四、 教师评语指导教师 年 月 日附件%频谱绘制的主程序%author:郑程耀clc;N=length(time);Ts=(time(N) - time(1)/N;m=floor(N/2); Ws=2*pi/Ts;W=Ws*(0:m)/N;F=fft(z1,N); FF=F(1:m+1); F11=abs(FF);F=fft(z2,N); FF=F(1:m+1); F12=abs(FF);F=fft(z3,N); FF=F(1:m+1); F13=abs(FF);F=fft(z4,N); FF=F(1:m+1); F14=abs(FF);figure(1)subplot(411)plot(W,F11,b,-W,F11,b);title(输入信号的幅频特性);xlabel(频率(Rad/s));axis(-200 200 -inf inf)subplot(412)plot(W,F12,b,-W,F12,b);title(滤波后信号的幅频特性);xlabel(频率(Rad/s));axis(-200 200 -inf inf)subplot(413)plot(W,F13,b,-

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