《工程信號(hào)分析處理》課程設(shè)計(jì)說明書

1、<p><b>　　1 前言</b></p><p>　　數(shù)學(xué)作為基礎(chǔ)學(xué)科，是和工程技術(shù)及科學(xué)研究領(lǐng)域密不可分的。在工程技術(shù)和科學(xué)研究中，數(shù)值運(yùn)算往往很復(fù)雜，稍有疏忽，便會(huì)影響到整個(gè)工程或研究的結(jié)果。因此，精確的數(shù)值計(jì)算及其工程仿真對(duì)于每一個(gè)科學(xué)研究者來說極其重要。MATLAB是Math-works公司推出的—套高效率的數(shù)值計(jì)算和可視化軟件。它以極其強(qiáng)大的數(shù)值分析、矩陣運(yùn)算、信號(hào)處

2、理和圖形顯示功能以及一個(gè)方便的、界面友好的用戶環(huán)境吸引了廣大專家學(xué)者的關(guān)注。</p><p>　　特別是Simulink這個(gè)集成在MATLAB中的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真工具的問世使控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)向可視化的方向邁進(jìn)了一大步。從此，各種各樣的電子系統(tǒng)建模與仿真擺脫了繁瑣的關(guān)聯(lián)矩陣求取和輸入，可以將更多的精力集中在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和校正上，這尤其是電子系統(tǒng)專業(yè)學(xué)生的福音。事實(shí)上，國(guó)際自控聯(lián)(IFAC)第四次控制教育研討

3、會(huì)上就以把學(xué)生的軟件技能和實(shí)際動(dòng)手能力列為教育目標(biāo)之一。而世界各國(guó)在電于系統(tǒng)理論的教學(xué)中，均采用MATLAB及Simulink作為輔助教學(xué)軟件，一方面可以擺脫繁雜的大規(guī)模計(jì)算，另—方面還可以使學(xué)生有機(jī)會(huì)自己動(dòng)手構(gòu)建模型，所花的代價(jià)要遠(yuǎn)小于實(shí)際建模。</p><p>　　2 Simulink簡(jiǎn)介</p><p>　　Simulink是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真的一個(gè)集成環(huán)境。它的存在使MATLA

4、B的功能得到進(jìn)一步的擴(kuò)展。這種擴(kuò)展的意義表現(xiàn)在：(1)實(shí)現(xiàn)了可視化建模，用戶通過簡(jiǎn)單的鼠標(biāo)操作就可建立起直觀的系統(tǒng)模型，并進(jìn)行仿真；(2)實(shí)現(xiàn)了多工作環(huán)境間文件互用和數(shù)據(jù)交換，如simu1ink與MATLAB、FORTRAN以及C的工作環(huán)境的信息交換都可以方便地實(shí)現(xiàn)；(3)把理論研究和工程實(shí)現(xiàn)有機(jī)地結(jié)合在一起。</p><p>　　近幾年，在學(xué)術(shù)界和工業(yè)領(lǐng)域，simulink已經(jīng)成為在動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模和仿真方面應(yīng)用最

5、廣泛的軟件包之一。它的魅力在于強(qiáng)大的功能和簡(jiǎn)便的操作。作為MATLAB的重要組成部分，simulink具有相對(duì)獨(dú)立的功能和使用方法。確切地說，它是對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的一個(gè)軟件包。它支持線性和非線性系統(tǒng)、連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)、離散時(shí)間系統(tǒng)等，并且系統(tǒng)可以是多進(jìn)程的。</p><p>　　Simulink為用戶提供了用方框圖進(jìn)行建模的圖形接口，采用這種方法進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，就像你用筆和紙來畫一樣容易。它與傳統(tǒng)的仿真軟

6、件包用微分方程和差分方程建模相比．具有更直觀、方便、靈活的優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　需要提出的一點(diǎn)是，用simulink創(chuàng)建的模型可以具有遞階層次結(jié)構(gòu)，及允許用戶建立自己的子系統(tǒng)。在查看時(shí)，用戶可以從最頂層開始，然后用鼠標(biāo)雙擊其中的子系統(tǒng)模塊，從而進(jìn)入子系統(tǒng)模塊進(jìn)行查看，這樣非常便于模型的條理化，從而幫助用戶理解模型的整體結(jié)構(gòu)以及各模塊之間的關(guān)系。</p><p>　　3 抑制載波的雙邊

7、帶幅度調(diào)制與解調(diào)</p><p>　　如果輸入的基帶信號(hào)沒有直流分量，則得到的輸出信號(hào)就是無載波分量的雙邊帶調(diào)制信號(hào)，或稱雙邊帶抑制載波(DSB-SC)調(diào)制信號(hào)，簡(jiǎn)稱DSB信號(hào)。此時(shí)的DSB信號(hào)實(shí)質(zhì)上就是和載波的相乘，其時(shí)域表達(dá)式為：</p><p><b>　　（3.1）</b></p><p>　　抑制載波雙邊帶調(diào)幅信號(hào)的頻譜：</p

8、><p><b>　　（3.2）</b></p><p>　　抑制載波雙邊帶調(diào)幅的調(diào)制過程實(shí)際上就是調(diào)制信號(hào)與載波的相乘運(yùn)算，其模型如下:</p><p>　　圖3.1 抑制載波雙邊帶調(diào)幅調(diào)制模型</p><p>　　由抑制載波雙邊帶調(diào)幅信號(hào)的頻譜可知，如果將已調(diào)信號(hào)的頻譜搬回到原點(diǎn)位置，即可得到原始的調(diào)制信號(hào)頻譜，從而恢復(fù)

9、出原始信號(hào)。解調(diào)中的頻譜搬移同樣可用調(diào)制時(shí)的相乘運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　圖3.2 抑制載波雙邊帶調(diào)幅的相干解調(diào)</p><p>　　將已調(diào)信號(hào)乘上一個(gè)同頻同相的載波，如圖3.2所示，可得到：</p><p><b>　　（3.3）</b></p><p>　　用一個(gè)低通濾波器可以將上式中第1項(xiàng)和第2項(xiàng)分離，無失

10、真地恢復(fù)出原始的調(diào)制信號(hào)。這種調(diào)制方法又稱為同步解調(diào)或相干解調(diào)?！　∠喔山庹{(diào)的關(guān)鍵是必須產(chǎn)生一個(gè)同頻同相的載波。如果同頻同相的條件得不到保證，則會(huì)破壞原始信號(hào)的恢復(fù)。</p><p>　　4 Simulink仿真</p><p>　　利用Signal Builder產(chǎn)生一個(gè)基帶信號(hào)，如下圖所示：</p><p>　　圖4.1 基帶調(diào)制信號(hào)波形</p>

11、<p>　　利用Sine Wave得到一個(gè)10Hz的載波，如下圖所示：</p><p>　　圖4.2 10Hz載波波形</p><p>　　然后利用Simulink中的濾波器，乘法器，示波器等元件，根據(jù)DSB信號(hào)的調(diào)制和解調(diào)原理設(shè)計(jì)出仿真電路圖，如下圖所示：</p><p>　　圖4.3 仿真電路圖</p><p>　　運(yùn)行仿真，

12、分別得到基帶調(diào)制信號(hào)，DSB信號(hào)，DSB信號(hào)解調(diào)波形，如下圖所示：</p><p><b>　　圖4.4 仿真波形</b></p><p>　　根據(jù)仿真后得到的波形看，將已調(diào)信號(hào)乘上一個(gè)同頻同相的載波，用一個(gè)低通濾波器可以幾乎無失真地恢復(fù)出原始調(diào)制信號(hào)。</p><p>　　恢復(fù)出的信號(hào)從波形上看，幾乎無失真，僅在幅值上有所不同，原始信號(hào)的幅值

13、要大于恢復(fù)后的信號(hào)。</p><p>　　由此以上看出，抑制載波雙邊帶調(diào)幅的優(yōu)點(diǎn)在于可以提高效率，減少干擾。</p><p><b>　　5 心得體會(huì)</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)要求采用matlab的Simulink工具箱實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)進(jìn)行抑制載波雙邊帶調(diào)幅（DSB-SC）和解調(diào)，設(shè)計(jì)仿真電路并得到仿真波形。通過設(shè)計(jì)完成了題目的要求。<

14、;/p><p>　　本次設(shè)計(jì)，首先針對(duì)題目進(jìn)行分析，將所涉及的波形，頻譜及相關(guān)函數(shù)做了研究，大體上能夠把握了設(shè)計(jì)的流程以及思路。再通過查閱相關(guān)資料，能對(duì)相關(guān)的知識(shí)做正確的記錄，以便隨時(shí)查看。在問題的分析階段中，就原始信號(hào)的頻率和載波信號(hào)的頻率做了比較，確定了具體的方案后，在針對(duì)Simulink中的有關(guān)模塊進(jìn)行學(xué)習(xí)和分析，這樣就提高了學(xué)習(xí)的針對(duì)性，同時(shí)節(jié)約了設(shè)計(jì)的時(shí)間。在設(shè)計(jì)過程中，充分的利用Simulink工具箱中的

15、模塊，通過查看模塊的用法以及例題，正確的實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)。同時(shí)本設(shè)計(jì)中所運(yùn)用的通信原理中的相關(guān)理論知識(shí)，成功的實(shí)現(xiàn)了仿真。</p><p>　　在設(shè)計(jì)過程中，也遇到了許多的困難。如原始波形的產(chǎn)生，濾波器的選用和參數(shù)設(shè)置。但是最終通過查閱資料和實(shí)踐，最終解決了問題，成功完成了仿真。</p><p>　　總之，在本設(shè)計(jì)中，通過自己的努力，認(rèn)真學(xué)習(xí)Simulink工具箱的用法，通過設(shè)計(jì)前后的分析，大大

16、提高了自己解決問題的能力。而在設(shè)計(jì)過程中通過對(duì)錯(cuò)誤的改正，也加強(qiáng)了自己對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解，這將對(duì)以后的學(xué)習(xí)工作有著很大的幫助。同時(shí)由于本次設(shè)計(jì)運(yùn)用了不同的知識(shí)，這樣我就可以更好的將不同科目的知識(shí)進(jìn)行聯(lián)系學(xué)習(xí)，對(duì)學(xué)習(xí)有巨大的幫助！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 曹志剛,錢亞生.現(xiàn)代通信原理.北京：清華大學(xué)出版社，2006.10.

17、</p><p>　　[2] 張志涌.精通MATLAB6.5版.北京：北京航天航空大學(xué)出版社，2005.8.</p><p>　　[3] 程佩青.數(shù)字信號(hào)處理教程.北京：清華大學(xué)出版社，2006. 10.</p><p>　　[4] 劉樹棠.信號(hào)與系統(tǒng).西安：西安交通大學(xué)出版社，2005.4.</p><p>　　[5] 樊昌信，張甫翊，徐炳

18、祥，吳成柯.通信原理（第5版）.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2001.5.</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　在本次課程設(shè)計(jì)中，我從中學(xué)到了不少東西，不僅加強(qiáng)了動(dòng)手能力，也加深了對(duì)理論的認(rèn)識(shí)，其中離不開同組同學(xué)的幫助和支持，在此表示感謝。</p><p>　　課程設(shè)計(jì)不僅能檢驗(yàn)我們對(duì)理論知識(shí)的掌握，也了解了設(shè)計(jì)的思路，在此