信号和系统课程实践方案与要求.doc

信号与系统课程实践方案

基础类（验证性）：基础实验以验证性实验为主，旨在加强基本理论知识的学习、理解和掌握。形式上以计算机仿真实验为主。实验前先由指导教师讲述实验目的和内容等，然后学生根据具体的实验步骤, 完成实验, 并进行实验结果分析, 达到在实验过程中掌握所学理论知识的目的。内容上包括：信号的产生、表示与变换，信号的频谱分析、系统的频率响应、卷积计算、信号的合成与分解等。
1、 利用matlab表示各种不同信号及其信号变换：正弦信号、指数信号、指数正弦信号、不同频率的声音信号、灰度和彩色图像信号。（ch1）
2、 策划银行借贷问题（ch2 课本2.63）
3、 连续系统的响应（ch2）
4、 离散系统的响应和卷积计算（ch2）
5、 利用傅立叶级数综合的方法产生连续时间周期信号，方波信号，三角波信号，分析Gibbs现象。（ch3 练习P52）

综合类（设计性）：综合实验以学生自主设计为主，是指涉及若干知识点或几种实验研究方法的非单一内容的实验。强调学生实验过程的自主性,即给定实验目的、内容和实验要求，由学生自行设计实验方案、写程序，拟订实验步骤及过程，并加以实施。通常在理论课上老师会公布实验题目，学生可根据任务提前查阅资料，拟定方案，撰写报告，这种面向任务的教学方法给予学生发挥的空间, 培养了学生分析问题与解决问题的能力。实验内容可包括：系统的模拟、调制与解调、回波的产生与消除、模拟滤波器的设计、数字滤波器的设计、信号的抽样及重建和信号的去噪等。
1、语音信号处理综合实验(ch4，ch6，ch7，ch10)
（ch8 课本8.2）（ch8 练习P66，4-6）
2、滤波器设计在图像处理中的应用：边缘检测、锐化、平滑，去噪（ch6 练习P85,6-2）
3、回波系统的建立分析及回声抵消系统的设计与实现 （ch2，ch3, ch9 课本2.64 练习P35）
4、汽车减震系统的设计与实现(ch6 ch9 练习P83，6-1)

探索类（研究性）：探索实验以学生自主研究为主，其目的是提高学生查阅文献、运用知识、自我设计的能力, 开发他们的创新性思维。实验中不会给出设计的原理和步骤,只给学生提供选题和一些简单的提示, 学生不仅要根据“信号与系统”所学的知识, 还要查阅相关文献, 设计出所需要的系统。学生最后要提交实验报告, 说明自己所设计实验的目的、原理、方法和结果。授课老师应该根据学生的实验目的, 分析其原理和方法的对错, 并对他们所设计实验的创新性进行评估。
1、 简易数字音乐合成器的设计(ch3)
2、 简易语音识别系统的设计（ch4）
3、 取样示波器的设计(ch7)
4、 多径干扰信道均衡器的设计（ch8）
5、 汽车速度自动控制系统的设计（ch9）

实验一 信号的产生与表示

1、设信号，用matlab求，，，，及，并画出信号的时域波形
2、试用matlab分别画出下列信号在的波形
1），
2）
3）
若采样率为8000次/秒，利用matlab函数（sound）听上述信号，感觉有何不同？
3、试用matlab产生一段6秒长的声音信号，采样率为8000次/秒，F依次取频率494，440，392，440，494，494，且每种不同频率的信号持续1秒，听该声音信号，有何特点，可否区分各个音调
4、试用matlab产生如下一幅200×200个象素的灰度图片，其灰度在垂直方向按正弦信号规律变化

另外，请用matlab产生灰度在水平方向按正弦信号规律变化的图片，灰度在水平和垂直方向都按正弦信号规律变化的图片。

实验二 银行借贷问题

考虑差分方程，其中是在时间n的还贷本金，r是还贷周期的利率，X是周期贷款还款额。
1、假定你想要买一幢房子，需要向银行贷款50万人民币，在个月，年利率分别为5％，6％，……, 12％，试用matlab求得X对N的趋势图形，并计算在30年内总共付给银行的金额是多少？
2、 假定你想要一笔与1中相同的贷款额，若打算在15年内还清贷款，年利率为8％，每月应该还贷多少？总共付给银行的金额是多少？

实验三 连续系统的响应

已知某二阶电路如图所示：

若令，，以为输入，电容电压为输出，列写该系统的微分方程。
1、若，请用MATLAB中的impulse（）函数和step（）函数分别绘出该系统的冲激响应和阶跃响应的波形
2、若，请用MATLAB中的impulse（）函数和step（）函数分别绘出该系统的冲激响应和阶跃响应的波形
3、若，请用MATLAB中的impulse（）函数和step（）函数分别绘出该系统的冲激响应和阶跃响应的波形
4、分析你的实验结果。

实验四 离散系统的响应及卷积运算

1、 已知某LTI离散系统的单位序列响应，试用MATLAB中的函数conv( )求解该系统在激励时的零状态响应，绘出其时域波形图，并说明序列和的时域宽度与的时域宽度的关系。
2、 已知某LTI离散系统的差分方程如下：
，
试用MATLAB中的impz（）函数绘出该系统0～60时间范围内的单位序列响应波形。
3、 已知某离散系统的差分方程为
，
若输入信号为，试用MATLAB中的filter( )和stem( )函数绘出该系统在时间间隔内的零状态响应。

实验五 信号的合成与分解

1、 如图所示的周期矩形脉冲函数和周期三角波函数

请：1）利用定义分别确定上述信号的复指数函数傅立叶展开系数
2）根据周期信号傅立叶展开的定义，可以得到：
，
若用有限项复指数函数之和来近似，可以表示为：
，
试用MATLAB分别画出当M等于1，7，29，99时，函数和的波形。
3）在时，的值为多少？这个值随着M增加而变化吗？
4）在不求的情况下，对每个M值估计一下超量误差值，这个误差值随着N增加而减小吗？随着M趋于无穷大，这个误差值将如何变化？
5）增大M，在t=0时，如何收敛？呈现的最大误差随着M增大而减小吗？这与比较情况怎样？

语音信号处理综合实验
一、 实验目的
通过利用matlab设计仿真实验，理解如下知识点：
1、 信号的采样及混迭
2、 信号的频谱分析
3、 信号的幅度调制解调的方法
4、 理想滤波器的时频域特性
5、 数字滤波器的设计

二、实验内容：
1、 录制一段个人自己的语音信号
2、 采用合适的频率，对录制的信号进行采样，画出采样后语音信号的时域波形和频谱图
3、 给原始语音信号加噪声，画出加噪声后的语音信号和频谱图
4、 设计一个频域的理想带通信道
5、 对这语音信号进行幅度调制，画出调制后的语音信号和频谱图
6、 利用理想带通信道对信号进行传输
7、 对接受到的信号进行解调，画出解调后的语音信号和频谱图
8、 设计性能良好的滤波器对信号进行滤波
9、 对语音进行回放，并与滤波后的语音信号进行对比

三、实验要求
1、学生根据实验内容自主查找相关资料，设计方案，实现系统
2、滤波器的性能指标可根据实际情况进行调整
3、对设计结果进行独立思考和分析
4、设计完成，提交相关资料（实验报告和可运行源码）
5、在基本要求的基础上，学生可根据自己情况添加一些新的实验内容

四、实验思考
1、如果有两段语音信号，经由上述过程进行处理，应该如何设计系统，使得两段语音信号在传输过程中不相互干扰？
2、如果信道不是理想的，而是具有多径干扰的通信信道，会对系统产生怎样的影响？
回波产生与消除综合实验

一、 实验目的
1、 系统的设计模拟
2、 系统特性的分析
3、 可逆滤波器的设计

二、实验内容
1、 录制一段个人自己的语音信号
2、 设计回波产生器对原始语音信号进行处理，使其产生回声
3、 根据现有的回波产生器的参数，设计一个回波消除系统，对语音信号进行处理
4、 对语音进行回放，并与处理后的语音信号进行对比
5、 调整参数，使回波消除效果达到最佳
6、 如果回波产生系统的参数未知，如何消除回波？

三、实验要求
1、 学生根据实验内容自主查找相关资料，设计方案，实现系统
2、 对设计结果进行独立思考和分析
3、 设计完成，提交相关资料（实验报告和可运行源码）
4、 在基本要求的基础上，学生可根据自己情况添加一些新的实验内容

四、实验思考
1、如果回波产生系统的参数未知，如何建立回波产生模型，如何消除回波？