信號與系統(tǒng)實驗教程

前言

“信號與系統(tǒng)”是電子與通信類專業(yè)的主要技術(shù)基礎(chǔ)課之一，該課程的任務(wù)是研究信號與系統(tǒng)理論的基本概念和基本分析方法，使學(xué)生初步認(rèn)識如何建立信號與系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，如何用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)分析方法求解，并對所得的結(jié)果給予物理解釋，賦予物理意義。由于本學(xué)科內(nèi)容的迅速更新與發(fā)展，它所涉及的概念和方法十分廣泛，而且還在不斷擴充。通過本課程的學(xué)習(xí)，可以激發(fā)起學(xué)生對信號與系統(tǒng)學(xué)科的學(xué)習(xí)興趣和熱情，逐步適應(yīng)這一領(lǐng)域日新月異發(fā)展的需要。近20年來，隨著MATIAB的推出和日益完善，在歐美大學(xué)里，諸如“應(yīng)用代數(shù)”、“數(shù)理統(tǒng)計”、“自動控制”、“信號與系統(tǒng)”、“數(shù)字信號處理”、“模擬與數(shù)字通信”、“時間序列分析”、“動態(tài)系統(tǒng)仿真”等課程的教科書中都引入了MATLAB，這幾乎成了20世紀(jì)90年代的教科書與傳統(tǒng)教材的區(qū)別性標(biāo)志。M.ATIAB強大的計算和繪圖功能，使信號與系統(tǒng)中許多復(fù)雜的運算變得簡單。把學(xué)生從繁雜的計算中解脫出來，可以使他們把重點放在對結(jié)果的解析上，進(jìn)一步搞清數(shù)學(xué)公式與物理概念的內(nèi)在聯(lián)系，從而加深了對信號與系統(tǒng)的理解。本書是程耕國主編的《信號與系統(tǒng)》一書的姐妹篇，書中所有的實驗都是按照《信號與系統(tǒng)》教材的順序組織的，都是基于MATLAB編寫的，相當(dāng)于把教材中的所有理論都用MATIAB進(jìn)行了實現(xiàn)。全書分四部分，第一部分介紹MATLAB的基本知識；第二部分是信號分析與處理的實驗，包括連續(xù)信號的時域描述與運算、離散信號的時域描述與運算、連續(xù)信號的頻域分析、離散信號的頻域分析四個實驗；第三部分是系統(tǒng)分析與設(shè)計的實驗，包括連續(xù)線性時不變系統(tǒng)分析、離散線性時不變系統(tǒng)分析、IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計、FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計四個實驗；第四部分是綜合應(yīng)用，該部分可以作為學(xué)期末的課程設(shè)計，包括信號的自然采樣與恢復(fù)、語音信號的采樣和頻譜分析、超外差接收機的設(shè)計、FDMA通信系統(tǒng)的設(shè)計、信號混響效果的設(shè)計、語音加密器的設(shè)計、自適應(yīng)數(shù)字陷波器的設(shè)計七個實驗。全書的實驗按照先基礎(chǔ)性、驗證性實驗，再設(shè)計性實驗，最后綜合性實驗的順序安排，注重設(shè)計性、綜合性實驗，對提高學(xué)生的綜合能力和培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探索精神有著十分重要的意義。本書由程耕國統(tǒng)稿，程耕國、陳華麗編寫。本書的編寫得到了武漢科技大學(xué)電子信息工程學(xué)院同仁們的大力支持和幫助，在此表示感謝。實驗教學(xué)是一項綜合性的集體活動，因此，編者期望在今后的教學(xué)實踐中，能得到使用本書的師生們的寶貴意見和指導(dǎo)，使“信號與系統(tǒng)”實驗教學(xué)的改革不斷深入，使本書日臻完善。由于編者水平有限，書中難免有錯誤與不妥之處，懇請讀者批評指正。

內(nèi)容概要

《信號與系統(tǒng)實驗教程(Matlab版)》是“信號與系統(tǒng)”課程理論教材的延伸，著重培養(yǎng)學(xué)生綜合運用信號與系統(tǒng)的理論和技術(shù)以解決實際問題的能力?！缎盘柵c系統(tǒng)實驗教程(Matlab版)》按照“MATLAB的基本知識、信號分析與處理、系統(tǒng)分析與設(shè)計、綜合應(yīng)用”4個層次展開，共有15個實驗。每個實驗包括實驗?zāi)康?、實驗原理及方法、實驗?nèi)容及步驟、思考題和實驗報告要求等內(nèi)容。
《信號與系統(tǒng)實驗教程(Matlab版)》可作為通信工程、電子信息工程、計算機科學(xué)與技術(shù)等專業(yè)在校本科生學(xué)習(xí)“信號與系統(tǒng)”課程的實驗教材，也可作為研究生學(xué)習(xí)“信號與系統(tǒng)”等相關(guān)課程的輔助教材。

作者簡介

程耕國，1947年生，男，安徽績溪人。1982年1月畢業(yè)于武漢鋼鐵學(xué)院自動化系，1984年在武漢鋼鐵學(xué)院獲得碩士學(xué)位并留校任教，1997年3月在日本東北大學(xué)獲得博士學(xué)位，武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師。中國自動化學(xué)會專家咨詢工作委員會會員、南方九省電工理論學(xué)會常務(wù)理事、湖北自動化學(xué)會理事。近5年來，發(fā)表學(xué)術(shù)論文60余篇，獲省級科技進(jìn)步獎6項。出版專著1部，主編并出版教材2部。主要研究領(lǐng)域：工業(yè)自動化、智能材料、故障檢測和數(shù)字信號處理等。

書籍目錄

前言 第一部分 MATLAB的基本知識第二部分 信號分析與處理實驗一 連續(xù)信號的時域描述與運算實驗二 離散信號的時域描述與運算實驗三 連續(xù)信號的頻域分析實驗四 離散信號的頻域分析第三部分 系統(tǒng)分析與設(shè)計實驗五 連續(xù)線性時不變系統(tǒng)分析實驗六 離散線性時不變系統(tǒng)分析實驗七 IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計實驗八 FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計第四部分 綜合應(yīng)用實驗九 信號的自然采樣與恢復(fù)實驗十 語音信號的采樣和頻譜分析實驗十一 超外差接收機的設(shè)計實驗十二 FDMA通信系統(tǒng)的設(shè)計實驗十三 信號混響效果的設(shè)計實驗十四 語音加密器的設(shè)計實驗十五 自適應(yīng)數(shù)字陷波器的設(shè)計附錄附錄A 武漢科技大學(xué)2009年7月“信號與系統(tǒng)”課程設(shè)計附錄B 常用的操作、字符和函數(shù)參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：MATLAB俗稱“矩陣實驗室”，是Matrix Laboratory的縮寫，1984年由美國Math works公司研制開發(fā)，是以矩陣計算為基礎(chǔ)的交互式的功能強大的科學(xué)及工程計算軟件。MATLAB的首創(chuàng)者是在數(shù)值線性代數(shù)領(lǐng)域頗有影響的Cleve Moler博士，他也是生產(chǎn)經(jīng)營MATIAB產(chǎn)品的Math Works公司的創(chuàng)始人之一。MATLAB將高性能的數(shù)值計算和可視化集成在一塊，并提供了大量的內(nèi)置函數(shù)，從而使其廣泛應(yīng)用于數(shù)學(xué)計算和分析、自動控制、系統(tǒng)仿真、數(shù)字信號處理、圖形圖像分析、數(shù)理統(tǒng)計、人工智能、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、通信工程、金融系統(tǒng)等領(lǐng)域。MATIAB給用戶帶來的是最直觀、最簡潔的程序開發(fā)環(huán)境。其主要特點如下：1）語言簡潔緊湊，使用方便靈活，庫函數(shù)極其豐富。2）運算符豐富。3）既具有結(jié)構(gòu)化的控制語句（如for循環(huán)、while循環(huán)、break語句和if語句），又有面向?qū)ο缶幊痰奶匦浴?）程序限制不嚴(yán)格，程序設(shè)計自由度大。5）圖形功能強大。6）MATIAB缺點是：它和其他高級程序相比，程序的執(zhí)行速度較慢。這是由于MA3、LAB的程序不用編譯等預(yù)處理，也不生成可執(zhí)行文件，程序為解釋執(zhí)行，所以速度較慢。7）功能強大的工具箱是MAT[AB的另一特色。MATIAB包含兩個部分：核心部分和各種可選的工具箱。核心部分中有數(shù)百個核心內(nèi)部函數(shù)。其工具箱又分為兩類：功能性工具箱和學(xué)科性工具箱。功能性工具箱主要用來擴充其符號計算功能、圖示建模仿真功能、文字處理功能以及與硬件實時交互功能，可用于多種學(xué)科；學(xué)科性工具箱是專業(yè)性比較強的，如control toolbox、signal processing toolbox、communication toolbox等，這些工具箱都是由該領(lǐng)域內(nèi)學(xué)術(shù)水平很高的專家編寫的，所以用戶無需編寫自己學(xué)科范圍內(nèi)的基礎(chǔ)程序，就能直接進(jìn)行高、精、尖的研究。

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