信号分析实验

信号分析实验一、实验目的通过实验熟悉典型信号的波形和频谱特征，进一步认识复杂周期信号的组成（观察各成份的幅值、频率、相位关系的概念。了解信号频谱分析的基本方法及仪器设备。期信号的合成、分解原理，了解信号频谱的含义。后信号频谱的变化，加深对采样定理的理解，掌握采样频率的确定方法。二、实验设备计算机若干台DRVI1打印机1三、实验原理典型信号及其频谱分析的作用这些典型信号也可以作为实际工程信号分析时的参照资料。周期信号的频谱分析形式：a X(t)0

costbsint)2 nn1

0 n 0(n=1，2，3··)其中： a20 T

T02T

X(t)dt0 222 T022n T T0

X(t)cosndt00 222 T022n T T

X(t)sinndt00 20 T0X(t)

a0

Cco

t)2 n 0 nn1其中： Cn

a2b2n ng arc(bn) n=1,2,3…gn an也就是说，若满足狄里赫莱条件的周期信号，都可以分解成为一个平均值为a0，2 T0即所有频率成分都是0 T0称为n次谐波。

的整数倍，称为0 T0

基频，而把n次倍频成分的幅值大小及初始相位，从而揭示了信号的频率信息。非周期信号的频谱分析非周期信号是在时间上不会重复出现的信号，一般为时域有限信号，具有达式为：不同的是由于非周期信号的周期基它包含了从零到无穷大的所有频率分量，各频率分量的幅值为以频谱不能再用幅值表示，而必须用幅值密度函数描述。

，这是无穷小量，所相关分析x，y之间的相关性的，即：ρxyx、y之间的关联程度；σx、σyx、y的均方差，是随机变量波动量平方的数学期望。x,yx(t)y(t)τρxy(τ)，称为相关系数，并有：x(t)是不含直流分量(信号均值为零)的能量信号。分母部分是一个常量，分子部分是时移τ关函数。因此相关函数定义为：或如果x(t)=y(t)，则称 为自相关函数，即：若x(t)与y(t)为功率信号，则其相关函数为：相关函数描述了两个信号或一个信号自身波形不同时刻的相关性（或相似程度息，特别是对于在噪声背景下提取有用信息，更显示了它的实际应用价值。频率混叠与采样定理ω模拟信号经过A/D频谱产生了周期延拓，每隔一个采样频率，重复出现一次。ωsm频混现象又称为频谱混叠效应，它是由于采样信号频谱发生变化，而出现1x(t)其频带范围为-ωm—+ωx(t)ms ω，并且：ω=2π／s s s Ts为时域采样周期．当采样周期Ts＞2ω1中（b）Ts较大时，ω＜2ω，周期谱图相互重叠，即谱图之间1中s s 图1采样信号的频混现象上述情况表明，如果ωs＞2ωm，就不发生频混现象，因此对采样脉冲序列的间隔Ts须加以限制，即采样频率ω（2π／Ts）或f(1／Ts)必须大于或等于信号s ss m s x(t)ωmω＞2ω，或f＞2fs m s 四、实验内容1、实验任务得各成分的频率值、幅值以及彼此间的相位关系。意正弦信号的合成。用相关分析法测量信号中周期成分。的变化，确定信号的采样频率。2、操作步骤DRVIDRVI数据采集仪电源，然后DRVI快捷工具条上的联机注册"DRVIDRVI和快捷工具条中启动"DRVIWeb服务器"和Web服务器"85008600端口。DRVI联机注册图标，选择其中的"DRVI局域网服务器检测"IP地址（发送"按点击附录中"实验脚本文件"运行。①典型信号频谱分析DRVI按钮，产生三角波、方波等典型信号，分析和观察信号波形和幅值谱特性。②周期信号波形的合成和分解实验在波形合成与分解"6000，然后点击产生信号1次谐波，并点击波形合成按钮将其叠加到波形输出窗中。3002000，点击产生信号"3波形合成1，3次谐波叠加后的波形。5001250，点击产生信号"5波形合成按钮将其叠加到1，3，5次谐波叠加后的波形。0，点击产生信号"7波形合成按钮将其叠加到1，3，5，7次谐波叠加后的波形，此时可以观察到叠加后"900"66.7"、0"9次谐波，然后叠加，如此不断持续进行下去，直到形成一个真正的方波。7波形分解75波形分解53次谐波，然后点"波形分解3谐波减去，如此完成波形分解过程。方波。③典型信号相关分析DRVI"典型信号相关分析12的白噪声正弦波方波"三角波等按钮，分析和观察不同波形信号进行相关分析后的结果。④频率混叠和采样定理实验依次点击实验中的“白噪声”、“方波”、“三角波”等按钮，产生白噪声、方波、三角波等信号，然后选择不同的采样抽取率，分析和观察信号的时域波形与频谱的变化。五、分析与讨论怎样才能得到一个精确的方波波形？/r