MATLAB7.0使用详解-第16章 信号处理工具箱.ppt

第16章 信号处理工具箱 MATLAB信号处理工具箱提供函数主要用于处理信号与系统问题，并可对数字或离散的信号进行变换和滤波。工具箱为滤波器设计和谱分析提供了丰富的支持，通过信号处理工具箱的有关函数可以直接设计数字滤波器，也可以建立模拟原型并离散化。在这章里将主要介绍采样函数、信号生成、滤波器的设计和随机信号功率谱分析。 16.1 MATLAB 7.0中的采样函数 数字信号处理的对象是在采样时钟的控制之下，通过A/D转换器以一定的采样率对模拟信号进行采样得到的。由采样定理可知，采样率必须大于模拟信号的最高频率的2倍。然而在很多情况下，需要对信号进行不同频率的采样，这就需要对采样信号进行处理。这一节将主要介绍常用的改变采样频率的相关MATLAB函数。 16.1.1 upfirdn()函数 upfirdn()函数用于改变信号的采样率，适用于FIR滤波器。upfirdn()函数的调用格式为： upfirdn（X，H，P，Q） 返回信号X是通过上采样、滤波和下采样3个级联系统后的输出结果。 上采样系统：通过插入零值，使得采样频率上升为原来的P倍。 滤波系统：用H给定的单位冲激响应的滤波器滤波。 下采样系统：通过抽取采样点，使得采样率下降Q倍。 16.1.2 decimat()下采样函数 decimat()函数主要用于低通滤波的下采样。decimat()函数的调用格式为Y=decimat(X,R)，函数返回的是向量X的重采样序列，其采样率为原来的1/R倍。decimat()使用的滤波器是一个8阶的Chebyshev I型低通滤波器，其截止频率为0.8*（Fs/2）/R，其中Fs为采样频率。 16.1.3 interp()上采样函数 interp()函数主要用于上采样。interp()函数的调用格式为Y=interp(X,R)，返回的是以原来采样率R倍的重采样序列。 当函数调用格式为Y=interp（X,R,L,ALPHA）时，参数L（缺省值为4）和ALPHA（缺省值为0.5）可以指定。2*L是进行插值时用到的原始数据的长度。理想情况下，L必须小于等于10。 当调用格式为[Y，B]= interp（X,R,L,ALPHA）时，返回插入所用滤波器的系数向量B。 16.1.4 resample()重采样函数 resample()函数主要用于改变信号的采样率。resample()函数的调用格式为Y=resample(X,P,Q)，返回的是向量X经重采样后的结果，重采样后采样率为原来的P/Q倍。在重采样时，resample()采用的是一个抗混叠低通FIR滤波器对X进行滤波。滤波器使用的是Kaiser窗。 当调用格式为Y=resample(X,P,Q,N)时，在重采样时，x(n)的两边都取N点。 resample()使用的滤波器长度与N（缺省值为10）成正比；通过增大N值可获得较大的精度，但这会增加计算的时间。 当调用格式为Y=resample(X,P,Q,N,BETA)时，BETA为设计用到滤波器使用Kaiser窗的参数，缺省值为5。 当调用格式为Y= resample(X,P,Q,B)时，如果B是滤波器系数向量，则用B对X进行滤波。 16.2 MATLAB中的信号发生函数 MATLAB是一种程序化语言，可以处理各种信号变量，在信号处理工具箱中提供了许多信号生成函数，在实际运用中，可以通过这些基本函数生成其它一些需要的“信号”，用以模拟现实中的信号源。这些函数大多数是需要事先输入时间向量的。 16.2.1 线性调频信号发生器 线性调频信号发生器用chirp()函数来实现，其调用格式为Y=chirp(T,R0,T1,F1)，产生一个频率随时间线性变化的信号的采样，其时间轴的设置由数组T定义。时刻0的瞬时频率为F0；时刻T1的瞬时频率为F1。缺省情况下，F0=0 Hz，T1=1，F1=100 Hz。 当函数的调用格式为Y=chirp(T,F0,T1,F1,method)时，method指定改变扫频的方法。可用的方法有linear(（线性调频）、quadratic（二次调频）、logarithmic（对数调频）。缺省时为linear。 当函数的调用格式为Y=chirp(T,F0,T1,F1,method,PHI)时，PHI指定信号的初始相位，缺省时PHI的值为0。 16.2.2 周期函数发生器 diric()即周期sinc函数，diric()函数的调用格式为Y=diric(X,N)，其返回的是一个大小与X相同的矩阵，其元素为Dirichlet函数。N必须为正整数，该函数将0~2π等间隔地分成N等份。Dirichlet函数的定义是：d(x)=sin(N*x/2)./(N*sin(x/2)) 16.2.3 锯齿波、三角波和矩形波发生器