信号与系统课程设计-基于matlab回波的产生与消除课程设计毕业论文

信号与系统课程设计课程名称：信号与系统题目名称：回波的产生与消除系统设计学院：…………专业班级：……….学号：…….学生姓名：…….指导教师：……..201.年12月23日摘要MATLAB语言具备高效、可及推理能力强等特点,是目前工程界流行最广泛的科学计算语言。信号与系统是一门理论与实践紧密结合的课程。MATLAB强大的运算和图形显示功能，可使信号与系统上机实验效率大大提高。特别是它的频谱分析和滤波器分析与设计功能很强，使数字信号处理工作变得十分简单，直观。本实验就是运用MATLAB对声音信号进行分析与滤波，并估计反射物距离。关键词：MATLAB；声音信号；回波产生，回波消除，估计反射物距离，频谱分析；滤波器。一.设计要求(1)利用声音信号x产生带有回声的声音信号y。(2)从带有回声的信号y中消除回声。(3)从y中估计反射物的距离二.设计内容和步骤理论依据根据设计要求分析系统功能，掌握设计中所需理论（采样频率、采样位数的概念，采样定理；回声信号，卷积，相关分析；时域信号的FFT分析；数字滤波器设计原理和方法）。声音信号x的产生：声音信号x，既可以从现成的声音文件（.wav）中获取；也可以利用MATLAB录音命令现行录制（可自行设置采样频率等录音参数）。我们直接利用现成的声音文件（login.wav），绘制其时域波形，对此音频信号用FFT作谱分析并播放。声音信号x的产生程序与图形分析如下：[x,fs]=wavread('login');figure(1);subplot(3,1,1);plot(x(1:40000));title('原始信号');y=fft(x);subplot(3,1,2);plot(abs(y));title('幅值');subplot(3,1,3);plot(angle(y));title('相位');sound(x,fs);图1带回声的声音信号y产生：在已有声音信号x的基础上产生带回声的声音信号，可以表达为在原信号的基础上叠加其延时衰减的分量。假设只有一个回声的情况下，可简化其模型为：y(n)=x(n)+ax(n-N)（式1）a为反射系数；N为延迟时间。利用此原理我们进行编程实现：(1)在我们编程实现回波产生的基础上，再绘制其时域波形，对其进行FFT频谱分析，绘制频谱图并播放。(2)分别改变反射系数a和延迟时间N的大小，播放产生的回声信号y，分析反射系数a和延迟时间N对原始声音的影响。(3)按照以上思路，当有两个、三个或更多回声,我门这儿讨论三个回声时的情况(1)我们编程实现了一个回声信号的声音信号y，程序与图形分析如下（并播放）：此处，N=,a=0.7[x,fs]=wavread('login');x1=x(1:40000);x2=x(1:40000);x1=[x1',zeros(1,18000)];x2=[zeros(1,18000),0.7*x2'];y=x1+x2;figure(2);subplot(3,1,1);plot(y(1:58000));title('回声');y1=fft(y);subplot(3,1,2);plot(abs(y1));title('幅值');subplot(3,1,3);plot(angle(y1));title('相位');sound(y,fs);图2(2)eq\o\ac(○,1)保持N不变，改变a大小分析声音信号并播放：我们取N=,a从0.1到1：观察每个情况下声音信号的变化：回声信号的强度随着a的增大而变大eq\o\ac(○,2)保持a不变，改变N大小分析声音信号并播放：我们取a=0.7，N从10000到50000观察每个情况下声音信号的变化：N的值不能太大也不能太小，当N大于40000或小于180000时将当N在18000到40000这个范围内取值时，随着N的增大回声与原来的声音信号之间的时间间隔越（3)有三个回声的信号y的产生程序与图形分析如下：[x,fs]=wavread('login');x1=x(1:40000);x2=x(1:40000);x3=x(1:40000);x4=x(1:40000);x1=[x1',zeros(1,18000)];x2=[zeros(1,6000),0.7*x2',zeros(1,12000)];x3=[zeros(1,12000),0.4*x3',zeros(1,6000)];x4=[zeros(1,18000),0.1*x4'];y=x1+x2+x3+x4;figure(2);subplot(3,1,1);plot(y(1:58000));title('回声');y1=fft(y);subplot(3,1,2);plot(abs(y1));title('幅值');subplot(3,1,3);plot(angle(y1));title('相位');sound(y,fs);图33.从带有回声的声音信号中恢复原信号设计合适的滤波器，对带有回声的声音信号进行滤波，恢复原信号。绘制所设计滤波器的幅频和相频特性，及滤波后的信号的时域波形和频谱图。我们这儿就只讨论有三个回声的情况：恢复信号程序与图形分析如下：b=1;a=zeros(1,18000);a(1)=1;a(6001)=0.7;a(12001)=0.4;a(18001)=0.1;z1=filter(b,a,y);z2=fft(z1,1024);figure(3);subplot(3,1,1);plot(abs(z2));title('滤波幅值');subplot(3,1,2);plot(angle(z2));title('滤波相位');subplot(3,1,3);plot(z1(1:40000));title('滤波信号');sound(z1,fs);图44.从带有回声的声音信号中估计反射物的距离采用相关分析法从带有回声的声音信号中估计反射物的距离我们这儿也是从三个回声的情况下考虑的：程序如下:h=xcorr(y);figure(4);subplot(5,1,1)plot(abs(h));title('最值');h1=h(56000:60000);[r1,t1]=max(h1');t1=t1+56000;subplot(5,1,2);plot(h1);title('点1');h2=h(62000:66000);[r2,t2]=max(h2);t2=t2+62000-t1;subplot(5,1,3);plot(h2);title('点2');h3=h(68000:72000);[r3,t3]=max(h3);t3=t3+68000-t1;subplot(5,1,4);plot(h3);title('点3');h4=h(74000:78000);[r4,t4]=max(h4);t4=t4+74000-t1;subplot(5,1,5);plot(h4);title('点4');t=[t2,t3,t4]通过编程计算出三个延时的结果如下所示：t=[t2,t3,t4]t=60001200018000L=V·n/f三、参考文献[1]高西全、丁玉美编著《数字信号处理》西安:西安电子科技大学出版社，2008.[2]丁玉美、高西全编著《数字信号处理学习指导》西安：西安电子科技大学出版社，2001.[3]郑君里等编《信号与系统》北京:高等教育出版社，2000.[4]罗军辉等编著《MATLAB7.0在数字信号处理中的应用》北京：机械工业出版社，2005.[5]陈怀琛等编著《MATLAB及在电子信息课中的应用》北京：电子工业出版社，2002.四、总结这次的课程设计是我第一次真正自己认真参与的一次实践，在做的过程中遇到了很多问题，尤其是怎样把书本上学到的东西真正的用来解决工程问题。会做题跟实际问题的解决根本就是两回事。刚开始做的时候一点MATLAB都不懂，不过通过这次课程设计的学习，对于matlab的强大功能有了初步的了解，同时也熟悉了如何用matlab进行编程来解决一些声音信号的相关问题虽然做的时间较长，做的过程比较辛苦，但是从中的确学到很多适用的东西。基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究基于单片机的嵌入式Web服务器的研究MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器单片机控制的二级倒立摆系统的研究基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现基于单片机的蓄电池自动监测系统基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制基于单片机的自动找平控制系统研究基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于双单片机冲床数控系统的研究基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制基于单片机的软起动器的研究和设计基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究基于单片机的机电产品控制系统开发基于PIC单片机的智能手机充电器基于单片机的实时内核设计及其应用研究基于单片机的远程抄表系统的设计与研究基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制基于微型光谱仪的单片机系统单片机系统软件构件开发的技术研究基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用基于单片机的光纤光栅解调仪的研制气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制基于单片机的数字磁通门传感器基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪基于单片机的电机运动控制系统设计Pico专用单片机核的可测性设计研究基于MCS-51单片机的热量计基于双单片机的智能遥测微型气象站MCS-51单片机构建机器人的实践研究基于单片机的轮轨力检测基于单片机的GPS定位仪的研究与实现基于单片机的电液伺服控制系统用于单片机系统的MMC卡文件系统研制基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究单片机控制的后备式方波UPS提升高职学生单片机应用能力的探究基于单片机控制的自动低频减载装置研究基于单片机控制的水下焊接电源的研究基于单片机的多通道数据采集系统基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制基于单片机的红外测油仪的研究96系列单片机仿真器研究与设计基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制基于单片机的气体测漏仪的研究基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究基于单片机的膛壁温度报警系统设计基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计基于单片机船舶电力推进电机监测系统基于单片机网络的振动信号的采集系统基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究基于单片机的叠图机研究与教学方法实践基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现基于AT89S52单片机的通用数据采集系统基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究基于单片机系统的网络通信研究与应用基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究基于单片机的模糊控制器在工业电阻炉上的应用研究基于双单片机冲床数控系统的研究与开发基于Cygnal单片机的μC/OS-Ⅱ的研究基于单片机的一体化智能差示扫描量热仪系统研究基于TCP/IP协议的单片机与Internet互联的研究与实现变频调速液压电梯单片机控制器的研究基于单片机γ-免疫计数器自动换样功能的研究与实现基于单片机的倒立摆控制系统设计与实现单片机嵌入式以太网防盗报警系统基于51单片机的嵌入式Internet系统的设计与实现单片机监测系统在挤压机上的应用MSP430单片机在智能水表系统上的研究与应用基于单片机的嵌入式系统中TCP/IP协议栈的实现与应用单片机在高楼恒压供水系统中的应用基于ATmega16单片机的流量控制器的开发基于MSP430单片机的远程抄表系统及智能网络水表的设计基于MSP430单片机具有数据存储与回放功能的嵌入式电子血压计的设计基于单片机的氨分解率检测系统的研究与开发锅炉的单片机控制系统基于单片机控制的电磁振动式播种控制系统的设计基于单片机技术的WDR-01型聚氨酯导热系数测试仪的研制一种RISC结构8位单片机的设计与实现基于单片机的