数字信号处理课设报告基于MATLAB测速仪设计

2022-01-20最新范文访问手机版0

数字信号处理课设报告基于MATLAB测速仪设计 本文关键词：报告，数字信号处理，设计，测速仪，MATLAB

数字信号处理课设报告基于MATLAB测速仪设计 本文简介：课程设计报告名称数字信号处理课程设计基于MATLAB测速仪设计指导教师罗倩设计起始日期2015-1-5至2015-1-15学院信息与通信工程学院专业电子信息工程学生姓名班级/学号成绩指导老师签字第一部分：基础题1.题目一：以周期Ts=0.125ms对信号进行采样，得到离散时间信号：x(n)=cos(

数字信号处理课设报告基于MATLAB测速仪设计 本文内容：

课

程

设

计

报

告

名

称

数字信号处理课程设计

基于MATLAB测速仪设计

指导教师

罗

倩

设计起始日期

2015-1-5至2015-1-15

学

院

信息与通信工程学院

专

业

电子信息工程

学生姓名

班级/学号

成

绩

指导老师签字

第一部分：基础题

1.题目一：

以周期

Ts=0.125ms

对信号进行采样，得到离散时间信号：

x(n)=cos(0.48πn)+

cos(0.52πn)

用杆形图画出离散时间序列；

取

x(n)

(0≤n≤9)，求

x(n)的

点

FFT，并绘出图形；

将

1）中的

x(n)后面补零，使

x(n)加长到

0≤n≤99，求

FFT，并绘出图形；

取

x(n)

(0≤n≤99)，求

x(n)的

100

点

FFT，并绘出图形。

分析

1)-3）的结果；

为了能分辨出信号的频谱成分，所需的频率分辨率是多少？至少应记录多长时间的信号，为什么?

用

FFT

作出离散谱，离散谱线与实际频率如何对应？为什么？用实际频率标记频率轴。

8）

利用一个单位脉冲响应序列为

h(n)的系统，设计实现对上述长的序列

x(n)滤波处理，要求使用重叠保留法通过

FFT

来实现这种处理，要求各输入数据段重叠

个样点，并从每一段产生的输出中取出

个样点，再连接在一起以得到所要求的输出序列。设计滤波算法程序。试用

(

={1,1,1,1,1}（五点平均系统）

验证你的程序，并求出

和

m，显示出分段的输入序列各段的内容和分段的输出序列各段的内容，用杆状图绘出线性卷积输出结果和通过

FFT

重叠保留法的输出结果。

流程图

开始

定义时域n0的取值为0到9

生成时域波形，用plot函数画出时域波形

用fft函数对10点时域波形进行快速傅里叶变换

画出10点FFT变换的频域图形

在原序列后补零使序列长度增加到100

对补零后序列FFT取模，画出时域和频域图形

重新取样取n为0到99

对100点时域信号FFT取模，画出时域和频域图形

结束

回答问题并写明计算依据对结果进行分析比较

分析1)-3）的结果

为了能分辨出信号的频谱成分，所需的频率分辨率是多少？至少应记录多长时间的信号，为什么?

用FFT作出离散谱，离散谱线与实际频率如何对应？为什么？用实际频率标记频率轴。

8）

重叠保留法

相应程序

clear

all;clc;close

all;

Ts=0.000125;

Fs=1/Ts;

n=0:99;

xn=cos(0.48*pi*n)+cos(0.52*pi*n);

线性卷积

hn=ones(1,5);

yn=conv(xn,hn);

figure;

subplot(211);

stem(yn);

title(

线性卷积

)

grid

on;

重叠保留法

N=length(xn);

xn的长度

M=length(hn);

hn的长度

L=8;

%确定做变换的点数

K=floor(N/(L-(M-1)))

;

求分组数，向下取整

leftlenx=N-K*(L-(M-1));

剩下的元素的个数

bzero=N-leftlenx-(M-1);

后面需要补零的个数

xn=[zeros(1,M-1),xn,zeros(1,bzero)];%

对整个序列补零

for

i=1:K+1

xseg=

xn(((L-(M-1))*(i-1)+1):

((L-(M-1))*(i-1)+L));

xi(i,:)=xseg;

end

FFT

H=fft(hn);

for

i=1:K+1

Xi(i,:)=fft(xi(i,:));

Yi(i,:)=Xi(i,:).*H;

yi(i,:)=ifft(Yi(i,:))

反变换

end

y1=yi(:,M:L)

y2=y1(:)

subplot(2,1,2)

stem(y2)

title(

重叠保留法N点圆周卷积

)

grid

总结实验所得的主要结论

本实验表明，时域原序列补零不能提高谱分析的分辨率F。分辨率公式F=Fs/N中的N是在记录时间内的时域抽样点数。补零没有增加时域“有效”数据，所以不会提高谱分析精度。

绘出实验得到的图形

程序

clear

all;clc;close

all;

Ts=0.000125;

Fs=1/Ts;

n=0:9;

xn=cos(0.48*pi*n)+cos(0.52*pi*n);

subplot(321);

stem(n,xn);

xlabel(

);ylabel(

x(n)

);

title(

10点离散时间序列

);

十点FFT

k=n;

X=abs(fft(xn));

subplot(322);

stem(k,X);

xlabel(

);ylabel(

|X(k)|

)

title(

10点FFT的模

)

grid

on;

补零100点FFT

xn=[xn,zeros(1,100-length(xn))];

subplot(323);

stem(0:length(xn)-1,xn);

xlabel(

);ylabel(

x(n)

);

title(

补零后的100点离散时间序列

);

k=0:length(xn)-1;

X=abs(fft(xn));

subplot(324);

stem(k,X);

xlabel(

);ylabel(

|X(k)|

)

title(

100点FFT的模（补零）

)

grid

on;

100点FFT

n=0:99;

xn=cos(0.48*pi*n)+cos(0.52*pi*n);

subplot(325);

stem(0:length(xn)-1,xn);

xlabel(

);ylabel(

x(n)

);

title(

100点离散时间序列

);

k=0:length(xn)-1;

X=abs(fft(xn));

subplot(326);

stem(k,X);

xlabel(

);ylabel(

|X(k)|

)

title(

100点DFT的模

)

grid

on;

线性卷积

hn=ones(1,5);

yn=conv(xn,hn);

figure;

subplot(211);

stem(yn);

title(

线性卷积

)

grid

on;

重叠保留法

N=length(xn);

xn的长度

M=length(hn);

hn的长度

L=8;

%确定做变换的点数

K=floor(N/(L-(M-1)))

;

求分组数，向下取整

leftlenx=N-K*(L-(M-1));

剩下的元素的个数

bzero=N-leftlenx-(M-1);

后面需要补零的个数

xn=[zeros(1,M-1),xn,zeros(1,bzero)];%

对整个序列补零

for

i=1:K+1

xseg=

xn(((L-(M-1))*(i-1)+1):

((L-(M-1))*(i-1)+L));

xi(i,:)=xseg;

end

FFT

H=fft(hn);

for

i=1:K+1

Xi(i,:)=fft(xi(i,:));

Yi(i,:)=Xi(i,:).*H;

yi(i,:)=ifft(Yi(i,:))

反变换

end

y1=yi(:,M:L)

y2=y1(:)

subplot(2,1,2)

stem(y2)

title(

重叠保留法N点圆周卷积

)

grid

题目二：

用切比雪夫I型原型利用冲激响应不变法设计一个低通数字滤波器满足下面的要求：

通带截止频率ωp：0.2π

阻带截止频率ωs：0.3π

通带波纹Rp：1dB

阻带衰减As：15dB

绘出滤波器的幅频响应曲线和单位冲激响应曲线。讨论T在冲激响应不变法中的影响。

流程图

开始

根据题目要求确定滤波器参数

计算滤波器结束N

计算截止频率wn

用cheby1函数求出切比雪夫I型滤波器系数

用freqs函数求得滤波器函数Ha(s)

单位dB化，画出模拟滤波器频域图形

用impinvar函数将模拟滤波器转换为数字滤波器

求得H(z)，画出数字滤波器频域图形

画出数字滤波器的的h(n)

结束

根据Ha画出模拟滤波器h(t)

写明设计步骤

写出设计参数的计算过程

编程实现滤波器的设计，绘出滤波器的频率响应曲线，并用杆形图画出单位脉冲相应h(n)

写出讨论结果

附上相应的源程序

用切比雪夫

型原型利用脉冲响应不变法设计一个低通数字滤波器满足下面的要求：

通带截止频率

ωp:

0.2pi

阻带截止频率

ωs:

0.3pi

通带波纹

Rp:

1dB

阻带衰减

As:

15dB

绘出滤波器的幅频响应曲线，并用杆形图画出单位脉冲响应

h(n)。

clear

all

clc

clf

Rp=1;

As=15;

wp=0.2*pi;

ws=0.3*pi;

e=sqrt(10^(Rp/10)-1);

%%求ε

a=sqrt((10^(As/10)-1))/e;

lamuda=ws/wp;

N=acosh(a)/acosh(lamuda);

N=ceil(N);

%%确定滤波器的阶数N

phi=asinh(1/e)/N;

%%求ξ

i=(N+1):2*N

p=sin((2*i-1)*pi/2/N)*sinh(phi)+j*cos((2*i-1)*pi/2/N)*cosh(phi)

p=wp*p;

z=[];

%%模拟滤波器的极点

%%模拟滤波器H(s)

K=(wp^N)/e/2^(N-1);

去归一化后系统函数的系数部分

[b,a]=zp2tf(z,p,K);

%将系统函数的零极点转化为系统函数一般形式的系数，比如得到了系统函数H(s)的零极点的值，z为零点的值，p为极点的值，k为系数

[Ha,w]=freqs(b,a);

%传递函数

//频响

magHa=abs(Ha);

magHadB=20*log10(magHa);

subplot(2,2,1)

plot(w/pi,magHadB)

title(

模拟滤波器

20log|H(jw)|

)

xlabel(

频率

w/pi

)

ylabel(

)

grid

axis([0

0.5

-30

0])

%********************************************

[bz,az]=impinvar(b,a);

%%用冲激响应不变法将模拟滤波器变换成数字滤波器

[Hz,w]=freqz(bz,az);

magHzdB=20*log10(abs(Hz));

subplot(2,2,2)

plot(w/pi,magHzdB)

title(

数字滤波器

20log|H(exp(jw))|

)

xlabel(

频率

w/pi

)

ylabel(

)

grid

axis([0

0.5

-30

0])

%********************************************

单位冲激响应

h(n)

[hn,t]

impz(bz,az,50);

subplot(2,2,3)

plot(t,hn)

title(

模拟滤波器

h(n)

)

grid

[hn,t]

impz(bz,az,50

);

subplot(2,2,4)

stem(t,hn)

title(

数字滤波器

h(n)

)

grid

题目三：

利用窗函数法设计数字带通滤波器，指标为

低阻带：ω1s=0.2π，As=60dB

低通带：ω1p=0.35π，Rp=1dB

高通带：ω2p=0.65π，Rp=1dB

高阻带：ω2s=0.8π，As=60dB

分析每一种窗的时域情况和频域抑制旁瓣情况，选择一种合适的窗函数，画出滤波器的频率响应曲线和单位脉冲响应曲线，给出实际窗长度、通带衰减和阻带衰减。

流程图

开始

根据题目要求确定滤波器参数

采用blackman窗，计算滤波器阶数数数

低通滤波器相减得到带通滤波器

计算系统单位脉冲相应hd，加窗点乘

分别画出h、wn，不加窗滤波器和加窗滤波器

验证指标

结束

写明设计步骤

写出设计参数的计算过程

编程实现滤波器的设计，绘出滤波器的频率响应曲线，并用杆形图画出单位脉冲相应h(n)，显示出实际的窗长度、通带衰减和阻带衰减。

绘出实验得到的图形

附上相应的源程序

基本题三

用窗函数设计法设计第一类线性相位FIR数字带通滤波器，指标为

低阻带：ω1s=0.2π，

As=60dB

低通带：ω1p=0.35π，

Rp=1dB

高通带：ω2p=0.65π，

Rp=1dB

高阻带：ω2s=0.8π，

As=60dB

画出滤波器的频率响应曲线和单位脉冲响应曲线，给出窗长度，实际通带衰减和阻带衰减。

设计指标

clear

all;close

all;clc;

wstl=0.2*pi;

As=60;

wpl=0.35*pi;Rp=1;

wph=0.65*pi;Rp=1;

wsth=0.8*pi;

As=60;

Bw=wsth-wph;

%%确定数字滤波器过渡带宽

blackman窗

N=ceil(11*pi/Bw);

wcl=0.5*(wpl+wstl);

wch=0.5*(wph+wsth);

a=(N-1)/2;

n=0:N-1;

m=n-a+eps;

%通过加任意小值

eps避免%了n=a时零比零的出现。

用两个低通滤波器相减得到带通滤波器

hd=(sin(m*wch)-sin(m*wcl))./(pi*m);

加窗

h=hd.*(blackman(N))

;

求FIR滤波器的频响

[H,w]=freqz(h,1);

M=length(w);

绘图

figure;

subplot(321);stem(n,hd);xlabel(

);ylabel(

幅值

);title(

hd(n)

);

subplot(322);stem(n,h);xlabel(

);ylabel(

幅值

);title(

h(n)

);

subplot(323);plot(w/pi,20*log10(abs(H)));

xlabel(

pi*rad/s

);ylabel(

增益/dB

);title(

幅频响应

);

set(gca,XTickMode,manual,XTick,[0.2

0.35

0.65

0.8]);

set(gca,YTickMode,manual,YTick,[-As,-Rp]);grid;

subplot(324);plot(w/pi,angle(H));

xlabel(

pi*rad/s

);ylabel(

幅值

);title(

相频响应

);grid

subplot(325);stem(n,blackman(N));xlabel(

);ylabel(

w(n)

);

title(

blackman

window

)

验证指标

Rs1=min(20*log10(abs(H(1:ceil(wpl/(pi/M))))));

Rs2=max(20*log10(abs(H(ceil(wstl/(pi/M)):ceil(wsth/(pi/M))))));

第二部分：综合题

任务书

题目

基于

Matlab

测速仪设计

主要内容

利用离散付里叶变换进行频谱分析，设计数字滤波器组，并对滤波器组加窗降低副瓣，通过频域方法测量速度。

设计要求

产生输入回波信号及加性噪声信号。

计算回波频率偏移于目标速度的对应关系。

按技术指标要求对输入信号进行傅立叶变换，对输入信号进行频域分析。

写出所设计的窄带滤波器组的系统函数并显示出频率响应曲线。

设计适当的加权窗函数，写出设计过程，画出加权后滤波器频率响应曲线

正确显示信号频谱和对应的滤波器响应间的关系。

采用门限等方法确定并显示目标速度。

主要仪器设备

计算机

台，安装

MATLAB

软件

主要参考文献

[美]数字信号处理——使用MATLAB[M].西安：西安交通大学出版社，2002.

课程设计进度计划（起止时间、工作内容）

本课程设计共安排

个题目，这是其中题目之一。具体进度如下：

学时

复习题目相关知识，掌握实现的原理；

学时

用

MATLAB

语言实现题目要求；

学时

进一步完善功能，现场检查、答辩；

学时

完成课程设计报告。

课程设计开始日期

2015.1.5

课程设计完成日期

2015.1.16

课程设计实验室名称

电子信息技术实验室

地

点

实验楼

3-503、501

资料下载地址

摘要

本次课程设计用Matlab实现测速仪设计。可以利用离散付里叶变换对回波信号进行频谱分析，按技术指标设计数字滤波器组，并对滤波器组加窗降低副瓣，通过频域方法测量速度。

关键字：频谱分析

引言

车辆监测用测速雷达是依据多普勒效应原理实现的。由雷达发出一束微波，遇被测目标（车辆）时微波被反射回来，再由雷达接收反射波。如果目标相对于雷达有距离上的运动，反射波的频率将与发射频率发生差异，而这种差异的大小正比于目标与雷达的相对运动速度。于是，雷达通过检测反射波频率和发射波频率的差，就可以计算出被测车辆的移动速度。

一、概述

1、

目的：

1、

熟悉DFT的基本性质，利用离散付里叶变换对信号和系统进行频域分析；

2、

熟悉并加深对采样定理的理解；

3、

设计数字滤波器组，实现对存在加性干扰的时域离散信号的滤波；

4、

对滤波器组进行加权设计，降低副瓣，通过频域方法测量速度。

2、