信号与系统中MATLAB的应用【毕业论文绝对精品】 .doc

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1、摘 要随着当代计算机技术的不断发展，计算机逐渐融入了社会生活的方方面面。计算机的使用已经成为当代大学生不可或缺的基本技能。信号与系统课程具有传统经典的基础内容，但也存在由于数字技术发展、计算技术渗入等的需求。在教学过程中缺乏实际应用背景的理论学习是枯燥而艰难的。为了解决理论与实际联系起来的难题国内外教育人士目光不约而同的投向一款优秀的计算机软件MATLAB。通过它可用计算机仿真，阐述信号与系统理论与应用相联系的内容，以此激发学习兴趣，变被动接受为主动探知，从而提升学习效果，培养主动思维、学以致用的思维习惯。以MATLAB为平台开发的信号与系统教学辅助软件可以充分利用其快速运算，文字、动态图形、

2、声音及交互式人机界面等特点来进行信号的分析及仿真。运用MATLAB的数值分析及计算结果可视化、信号处理工具箱的强大功能将信号与系统课程中较难掌握和理解的重点理论和方法通过概念浏览动态演示及典型例题分析等方式，形象生动的展现出来，从而使学生对所学知识理解更加透彻。同时运用教学软件中的数值计算工具箱，将学生从大量繁琐的手工数学运算中解放出来，将更多时间留给对基本概念和基本方法的思考。关键词：信号与系统，matlab，应用分析ABSTRACTAs the modern computer technology development, computer gradually merged with th

3、e various aspects of social life. the use of the computer has become an essential part of the basic skills of students. the signal and systems of traditional classic of course, but there is also due to a digital technology development, the technology in the demand. in the teaching process of the pra

4、ctical application of theoretical study is boring and difficult.Theory with practice in order to solve the problem of educational circles and looked into a simultaneous of computer software matlab. it can be used by computer simulations, signals with the system theory and application related to the

5、content, it aroused interest in learning and became passive acceptance of the initiative and thereby elevate learning, training of active in the habit of thinking, thinking.To the platform of the development of matlab signal system of teaching and assistive software can make full use of its rapid op

6、eration of graphic, text, dynamic and interactive voice man-machine interface to the characteristics of the analysis and emulation. To the platform of the development of matlab signal system of teaching and assistive software can make full use of its rapid operation of graphic, text, dynamic and int

7、eractive voice man-machine interface to the characteristics of the analysis and emulation.KEY WORDS：signal and system，matlab，An analysis目 录前 言1第 1 章 绪论21.1论文写作背景21.2研究问题的提出31.3 研究问题的解决方案4第2章 MATLAB软件简介62.1 MAILAB简介及发展过程62.2MATLAB入门72.3MATLAB语言平台简单介绍9第3章 信号与系统简介113.1信号与系统发展过程113.2信号与系统课程特点及重点内容123.3信

8、号与系统涉及内容13第4章 MATLAB在信号与系统中的应用154.1MATLAB中信号表示及可视化154.2MATLAB在信号与系统分析中的应用174.2.1MATLAB在时域、频域、S域、Z域里的应用举例174.2.2 MATLAB在信号调制、滤波及求解中的应用24第5章 GUI界面的创建与应用315.1 GUI界面创建的基本知识315.2 GUI界面在信号与系统中的应用335.3 信号与系统实验平台设计36结 论47参考文献48致 谢49前 言随着我国高等教育逐步的实现了大众化以及产业结构进一步调整，社会对人才的需要出现了层次化和多样化的变化，这反映到高等学校的定位与教学要求中，必然会带

9、来教学内容上的差异化和教学方式上的多样化。当代的电子信息发展的极其迅猛，突出这个学科的特色，培养有竞争力的人才成了高等院校的迫切任务。寻求更好的学习工具便成了完成这一任务的当务之急。 随着计算机技术和信息技术的飞快发展，数字信号处理技术在各种工程技术领域，特别是新兴高科技术产业内获得了越来越广泛的应用。因而信号与系统课程作为学习数字信号处理技术的基础课程，越发受到师生的重视。利用MATLAB强大的计算仿真功能和方便易用的图形绘制功能可以将抽象的数学和技术理论以易于理解的可视化形式展示给学生，起到更好的教学效果。在平时的学习中我们体会到了信号与系统这门学科的复杂和抽象，由于这个方向需要复杂的数学

10、逻辑推理，还有众多繁琐的数据构成，因此难以让人理解。MATLAB的出现给解决这一难题带来了福音。用它对这一学科的内容进行仿真，让人们能看到它的样子，这对于学习这门课来说会有很大的帮助。当代教育理念中对实践性教学的重视程度与日俱增，教育手段也逐步先进，类似信号与系统这一类课程的教学方式，面临变革与挑战。国内外各大院校在实践理论与实践相结合的教学活动中，目光不约而同地投向一款优秀的计算机软件MATLAB。国内外教育人士对结合MATLAB进行信号与系统教学已达成共识，在教学过程中增加MATLAB仿真实验室流行的做法。第 1 章 绪论1.1 论文写作背景现在的校园学习生活中，不难发现在电子信息这方面学

11、生的学习压力很大，深究其原因不难发现在这个方向上有一个特点，那便是所学的东西比较枯燥，大部分都是繁杂的理论推导及难以理解的公式算法，这导致学生学习这些课程非常痛苦。同时学校的实验器材有限，能做的实验也是很有限的，这让这个方向的学习更加痛苦，在为数不多的一些实验里我们很难理解或者掌握我们所学习的内容。那么如何才能比较容易的来学习这个方向的课程呢，这是一个急需解决的问题。我们知道，硬件方面的实验一个是资源有限，在一个是展现起来不方便，由此诸多因素所以模拟仿真这个方法便被提上了日程，这是解决这一难题的最好的方法之一。课堂教学是目前高校开展教学活动的一种主要形式，学生的大多数学习时间是在教室里度过的，

12、课堂教学活动为学生的学习和成才提供了极其重要的场所和机会。因此，课堂教学效果如何，直接关系到我们培养出来的人才的质量，直接关系到高校创新教育的成败。改革教学手段和方法是推进创新教育的重要条件。实施创新教育，必须研究和创新课堂、实验教学的手段和方法。从近几年对教学情况的调查和学生反映来看，当前高校在教学方法上还是存在很多问题的。从教师方面看主要有：(1) 许多教师在教学方法上采“注入式”“填鸭式”和“满堂灌”等落后的教学方法，尤其以青年教师严重；缺乏启发、引导、教与学间的交流。(2) 以教师为主、以课堂为中心的传统的传授知识的教学方法仍普遍存在；缺乏教与学的双主体教学法，没有充分调动学生学习的积

13、极性和主动性。(3) 采用共性、集中、统一的教学方式明显增多，而有利于促进学生个性发展和全面发展的教学方式显得非常不足。从学生方面看：由于受“应试教育”落后教学方法的影响，被动学习、死记硬背、课堂气氛死气沉沉依然存在；学习热情不高，缺乏构造学生知识层和科学、人文层次等。存在这些问题的原因很多，有客观的有主观的。较为普遍的一是高校对教学方法这个关系到培养人才质量的问题重视不够，热情不高，多年来不组织和开展教学方法研究，不采取有效措施推广好的教学效果方面的经验，不开展同门课逐章逐节内容和适合方式的集体研讨活动等。二是在许多中青年教师的认识上，存在教学是软的，承担科研任务的数量是硬的等观念；教师在教

14、学上投的精力不足，而在搞科研、写论文或考研，评职称上狠下功夫。在这种种因素的作用下，如果能充分调动学生的学习主动性，并有比较好的方法，相信校园的学习尤其是电子信息这个方向的学习将变得容易许多。1.2 研究问题的提出相信学电子的人都会有一个同样的感触，在学习信号与系统的过程中，大家都体会到了这门可能的深奥与难以理解，甚至有时在做实验的时候虽然实验的结果可能出来了，但自己却还没有时间去理解它就得从实验室里出来。有时由于外界环境或者实验仪器自身的老化问题引起的任何的干扰都会导致这个实验无法出现满意的效果，这就更谈不上去理解它了。因此找到学习这门课程的一个好的方法将会使得许多人从中受益，因此这将是一个

15、非常有意义的工作。由于信号与系统课程的特点是概念抽象，数学含量大；繁杂的教学公式推导及其数学结果常常使学生难于理解，再加上长期以来，由于信号与系统课程本身的特点导致的教学方法和手段的单一，使信号与系统这门课程一直处于教难学更难的困难境况中。 该课程是一门公式和理论推导相对较多的学科，黑板式的单一教学方式，使学生只能依靠做习题来巩固和理解所学知识，面对大量应用性较强的内容学生不能实际动手设计、调试和分析，教学中的负面效应越来越突出：1.该课程的特点是数学要求较高，理论结果往往来源于复杂的数学运算及推导，这就导致学生将大量的时间用于进行数学运算(如微分、积分、方程求解、多项式求根等)，而没有真正理

16、解该结果在信号处理中的实际运用。因此，学生迫切需要一种工具软件来完成课程中的数值计算与分析。2.由于是黑板式教学及习题式练习，课程中大量信号分析的结果缺乏可视化的直观表现。例如，对于信号分析的波形学生只能用手工绘制，信号频谱特性或系统频率响应只能表现为不易理解的数学表达式，拉普拉斯变换也不能看到直观的三维空间表现，这些都严重影响了学生对所学知识的理解。3.从实践环节来看，传统的信号与系统实验是基于验证性的实验，即使是要求学生完成的一些用软件实现的算法也是基于C 语言的，但由于大多数学生C 语言编程能力有限，学生的计算机编程解决专业基础课及专业课具体问题的能力较差，致使学生不能有效地完成实验，难

17、以适应现代教学要求。4.由于缺乏实验环境中的设计、分析过程，学生在学习过程中被动性较大。 特别是在系统设计方面，学生自己设计的系统，经过复杂的手工数学计算后，往往不能直观地得到系统特性的可视化测试结果，达不到培养综合能力的目的。5.教材内容偏重理论，相关理论的最新应用实例不够，容易造成理论于实际的分离。基于以上几点，该课程迫切需要在实验环境中，用教学辅助软件帮助学生完成数值计算、信号分析的可视化建模及仿真调试。利用计算机辅助教学是对传统教学手段一大突破，它可以充分利用计算机的特点，如文字、声音、动态图形及友好的人机界面等生动地表达抽象的概念和理论，使学生在可视化的环境中易于掌握和理解所学知识。

18、1.3 研究问题的解决方案那么到底怎样才能解决这样一个棘手的问题呢？通过多方面的了解与研究，现已初步有了一个解决的方案，那便是运用MATLAB这款软件来对所要研究的信号与系统来进行分析。虽然我们可以通过做大量信号与系统的试验来帮助学生理解信号与系统中的众多抽象概念。但是，由于信号与系统实验所需的设备价格较高，试验难度较大，许多教学单位都因不具备试验条件而放弃了实验课程的开设，这极大地影响了教育质量的提高。如何找到一种切实可行的途径来解决这一问题一直是努力的方向。近年以来，随着计算机硬件性能的不断提升和计算机软件技术的飞速发展，利用计算机进行虚拟试验成为一种国际潮流，国内也逐步开始了这一方面的工

19、作，并在取得积极的成果。MATLAB经过多年的不断发展与完善已发展成为由MATLAB 语言、MATLAB工作环境、MATLAB 图形处理系统、MATLAB 数据函数库和MATLAB 应用程序接口五大部分组成的集数值计算、图形处理、程序开发为一体的功能强大的系统。它具有以下的功能和特点：高效的数值计算及符号计算功能，能使我们从繁杂的数学运算分析中解脱出来；完备的图形处理功能，实现了计算结果和编程的可视化；功能丰富的应用工具箱，提供了大量方便实用的处理工具；友好的界面及接近数学表达式的自然化语言，便于学习和掌握。实践证明，学生可以在几十分钟的时间内学会MATLAB的基本知识，经过几个小时的使用就能

20、初步掌握它。 MATLAB强大的数值分析功能和计算结果可视化功能及其功能丰富的工具箱，使得它特别适合在信号与系统课程中应用，为开发高效、实用的信号与系统虚拟实验提供了强有力的支持。 以MATLAB 为平台开发的 信号与系统教学辅助软件可以充分利用计算机快速运算，文字、动态图形、声音及交互式人机界面的特点，运用MATLAB 的数值分析及计算结果可视化、信号处理工具箱的强大功能，将“信号与系统”课程中较难掌握和理解的重点理论和方法通过概念浏览、动态演示及典型例题分析等方式，形象生动地展现出来，从而使学生对所学知识的理解更加透彻，同时运用教学软件中的数值计算工具箱， 将使学生从大量繁琐的手工数学运算

21、中解放出来， 将更多的时间留于对基本概念和基本方法的思考。第2章 MATLAB软件简介2.1 MAILAB简介及发展过程 MATLAB(矩阵实验室的简称)是一种专业的计算机程序，用于工程科学的矩阵数学运算。但在以后的几年内，它逐渐发展为一种极其灵活的计算体系，用于解决各种重要的技术问题。Matlab 程序执行matlab 语言，并提供了一个极其广泛的预定义函数库，这样就使得技术工作变得简单高效。在解决工程技术问题方面，MATLAB 比其它任何计算机语言（包括FORTAN 和C）都简单高效。它取自矩阵（Matrix）和实验室(Laboratory)两个英文单词的前三个字母，意即“矩阵实验室”。它

22、是一种以矩阵作为基本数据单元的程序设计语言，提供了数据分析、算法实现与应用开发的交互式开发环境。在70年代中期,Cleve Moler博士和其同事在美国国家科学基金的资助下开发了调用EISPACK和LINPACK的FORTRAN子程序库.EISPACK是特征值求解的FOETRAN程序库,LINPACK是解线性方程的程序库.在当时,这两个程序库代表矩阵运算的最高水平. 到70年代后期,身为美国New Mexico大学计算机系系主任的Cleve Moler,在给学生讲授线性代数课程时,想教学生使用EISPACK和LINPACK程序库,但他发现学生用FORTRAN编写接口程序很费时间,于是他开始自己

23、动手,利用业余时间为学生编写EISPACK和LINPACK的接口程序.Cleve Moler给这个接口程序取名为MATLAB,该名为矩阵(matrix)和实验室(labotatory)两个英文单词的前三个字母的组合.在以后的数年里,MATLAB在多所大学里作为教学辅助软件使用,并作为面向大众的免费软件广为流传. MATLAB到今天已经历了近30年的发展过程。20世纪70年代中期，美国新墨西哥大学计算机系主任Clever Moler 博士和其同事在美国国家自然科学基金的帮助下，开发了调用LINPACK和EISPACK的Fortran子程序。20世纪70年代后期，Moler博士编写了相应的接口程序

24、，并将其命名为MATLAB。1983年，John Little 和 Moler、Bangert 等一起合作开发了第2代专业版MATLAB。1984年Moler 博士和一批数学专家、软件专家成立了 MATH WORKS公司，继续 MATLAB 软件的研制和开发，并着力将软件推向市场。1993年，MATH WORKS 公司连续推出了 MATLAB 3.x （第1个Windows版本）、MATLAB 4.0. 1997年，MATH WORKS 公司推出了MATLAB 5.0。2001年，MATH WORKS 公司推出了 MATLAB 6.x。2004年，MATH WORKS公司推出了 MATLAB

25、7.0。 2.2 MATLAB入门MATLAB分为总包和若干个工具箱，随着版本的不断升级，它具有越来越强大的数值计算能力，更为卓越的数据可视化能力以及良好的符号计算功能，逐步发展成为各种学科、多种工作平台下功能强大的大型软件，获得广大科技工作者的普遍认可。一方面，MATLAB可以方便实现数值分析、优化分析、数据处理、自动控制、信号处理等领域的数学计算，另一方面，也可以快捷实现计算可视化、图形绘制、场景创建和渲染、图像处理、虚拟现实和地图制作等分析处理工作。在欧美许多高校，MATLAB已经成为线性代数、自动控制理论、概率论与数理统计、数字信号处理、时间序列分析、动态系统仿真等课程的基本教学工具，

26、是攻读本科、研究生学位必须掌握的技能。在国内，这一语言也逐步成为一些大学工科专业学生的重要课程。MATLAB 语言相对于传统的科技编程语言有诸多的优点。主要包括：1. 易用性MATLAB 是种解释型语言，就像各种版本的BASIC。和BASIC 一样，它简单易用程序可用作便笺簿求打在命令行处表达式的值 执行预先写好的大型程序。在MATLAB 集成开发环境下，程序可以方便的编写，修改和调试。这是因为这种语言极易使用，对于教育应用和快速建立新程序的原型，它是一个理想的工具。许多的编程工具使得MATLAB 十分简单易用。这些工具包括：一个集成的编译/调试器，在线文件手册，工作台和扩展范例。2. 平台独

27、立性MATLAB 支持许多的操作系统，提供了大量的平台独立的措施。在本书编写的时侯， windows 98/2000/NT 和许多版本的UNIX 系统都支持它。在一个平台上编写的程序，在其它平台上一样可以正常运行，在一个平台上编写的数据文件在其它平台上一样可以编译。因此用户可以根据需要把MATLAB 编写的程序移植到新平台。3. 预定义函数MATLAB 带有一个极大的预定义函数库，它提供了许多已测试和打包过的基本工程问题的函数。例如，假设你正在编写一个程序，这个程序要求你必须计算与输入有关的统计量。在许多的语言中，你需要写出你所编数组的下标和执行计算所需要的函数，这些函数包括其数学意义，中值，

28、标准误差等。像这样成百上千的函数已经在MATLAB 中编写好，所以让编程变得更加简单。除了植入MATLAB 基本语言中的大量函数，还有许多专用工具箱，以帮助用户解决在具体领域的复杂问题。例如，用户可以购买标准的工具箱以解决在信号处理，控制系统，通信，图象处理，神经网络和其他许多领域的问题。4. 机制独立的画图与其他语言不同，MATLAB 有许多的画图和图象处理命令。当MATLAB 运行时，这些绘图和图片将会出现在这台电脑的图象输出设备中。此功能使得MATLAB 成为一个形象化技术数据的卓越工具。5. 用户图形界面MATLAB 允许程序员为他们的程序建立一个交互式的用户图形界面。利用MATLAB

29、 的这种功能，程序员可以设计出相对于无经验的用户可以操作的复杂的数据分析程序。6. MATLAB 编译器MATLAB 的灵活性和平台独立性是通过将MATLAB 代码编译成设备独立的P 代码，然后在运行时解释P 代码来实现的。这种方法与微软的VB 相类似。不幸的是，由于MATLAB是解释性语言，而不是编译型语言，产生的程序执行速度慢。当我们遇到执行速度慢的程序时，我们将会指出其这一特性。MATLAB 有两个基本的缺点。第一：它是解释型语言，其执行速度要比编译型语言慢得多。这个问题可以通过合理的MATLAB 结构得到缓解，也可以在发行广泛使用前编译出MATLAB 程序。第二：他的费用较高。一个完全

30、版MATLAB 编译器的大小是一个C 语言或Fortan 语言编译器的5 到10 倍。但MATLAB 能够节省大量的时间在科技编程方面，故MATLAB在商业编程过程中是节省成本的。尽管如此，相对于大多数考虑购买的人还是很昂贵的。幸运的是，它有一个价格便宜的学生专用版本，对学生来说它是学习MATLAB 语言的一个重要工具。学生版的MATLAB 和完全版的MATLAB 是基本一致的。2.3 MATLAB语言平台简单介绍任何一个MATLAB 程序的基本组成单元是数组。数组是一组数据值的集合，这些数据被编上行号和列号，拥有唯一的名称。数组中的单个数据是可以通过带有小括号的数组名访问，括号内有这个数据的

31、行标和列标，中间用逗号隔开。标量也被MATLAB 当作数组，只不过只有一行和一列。当MATLAB 运行时，有多种类型的窗口，有的用于接收命令，有的用于显示信息。当MATLAB 程序启动时，一个叫做MATLAB 桌面的窗口出现了。默认的MATLAB 桌面结构如图figure 1.1 所示。在MATLAB 集成开发环境下，它集成了管理文件、变量和应用程序的许多编程工具。在MATLAB 桌面上可以得到和访问的窗口主要有：命令窗口（The Command Window）命令历史窗口（The Command History Window）启动平台（Launch Pad）编辑调试窗口（The Edit/D

32、ebug Window）工作台窗口和数组编辑器（Workspace Browser and Array Editor）帮助空间窗口（Help Browser）当前路径窗口（Current Directory Browser）知道了上述后就应该学习程序编译步骤了，大体如下：1.进入编译平台。在Windows上平台上双击桌面的MATLAB图标或者选择开始程序MATLAB，均可以进入MATLAB编辑平台。2.编译m文件或者通过命令窗口输入适当的函数命令。3.若使用图形用户界面编程，则设计MATLAB下可视化程序界面（加入控件、对有关属性进行设置等）并编制相应的m文件。4.M文件有命令文件和函数文件两

33、种形式，命令文件的变量均为全局变量且无参数传递，而函数文件一般由function命令开始，变量通常是局部变量，可以传递多个输入输出参数。5.执行编译过程并修改完善程序。下面是图形用户界面编程过程：此次实验系统的开发我主要使用图形用户界面进行编程操作，图形界面的外观设计的可视化编程过程如下：1. 进入GUI（图形用户界面）；2. 添加图形对象；3. 修改菜单属性；4. 修改图形对象属性；5. 编辑回调函数或命令；6. 有关对象另存为图形文件。第3章 信号与系统简介3.1 信号与系统发展过程随着信息技术的不断发展和信息技术应用领域的不断扩展，信号与系统这门课程已经从电子信息工程类专业的专业基础课程

34、扩展成电子信息、测控技术、自动控制、电子技术、电气工程、计算机技术、生物医学工程等众多电类专业的专业基础课程。信号与系统是沈阳理工大学电类专业的专业基础课和主干课程，是信息科学与工程学院的七个专业的平台课程，多年来得到学校的重视和支持。课程的发展、形成过程经历了如下几个阶段。 89年，在“电子仪器与测量技术”专业中首次开设信号与系统课程。通过 10 年多的努力，课程由一个专业的一般专业基础课升级为多个专业的专业基础平台课程。在这十年间，授课教师多次被评院教学质量优秀奖。 90 年代中期，基于 PC 的计算机测控技术趋向成熟。我们意识到新技术在实验教学中的优势。开发了基于 PC 的 VB 版的计

35、算机实验教学系统，用以取代日渐老化的建于 80 年代末期的较少的实验教学系统，并在学院等学校使用。 2002 年，计算机多媒体技术开始普及和应用，尝试将计算机多媒体技术应用到本科教学中，开展了基于 PowerPoint 的多媒体教学法研究，建立了多媒体电子教案 ，使教学手段和方法上了一个台阶。该课程对于理论和实践两个体系都有很高的要求。信号与系统在开设的初期，总课时为较多，内容涉及面广。在随后长期的教学改革中，对课程教学内容进行了多次优化，学时也逐步降为96学时和84学时。2002年结合我校对课程内容进行了进一步的整合，将学时进一步降低为68学时。在教学内容上也作了很多调整，去除了原来教材和教

36、学内容中的不符合当前发展的内容，同时也加上了很多新的知识点。在保证教学质量的前提下，将课程学时数由原来的84 学时压缩到现在的 68学时，其中理论教学62学时，实验6学时。2002年，虚拟仪器技术开始进入实验教学领域。华宇宁和李环副教授开发了以虚拟仪器技术为基础的基于LABVIEW的信号与系统虚拟实验仪器的开发院实验技术基金项目 2003通过验收 在信号与系统实验教学中使用三年 效果良好，营造出课程创新实践环境，打破了高水平测试技术教学实验室建设长期依赖硬件条件的限制局面。这些教学改革成果取得了良好的教学效果，并获得好评。基于LABVIEW的信号与系统虚拟实验仪器的开发 院实验技术基金项目 2

37、003通过验收获得好评。信号与系统CAI课件 2003 已完成在教学中使用，取得了很好的效果 回顾课程的发展和成长足迹，可以用“与时俱进，开拓创新”来概括。我们有信心迎接新的机遇和挑战，努力做好教学工作，为我国高等教育的发展作贡献。3.2 信号与系统课程特点及重点内容信号与系统是电子信息类本科学生一门重要的专业基础课、必修课，国内许多高校都将它作为相关专业的研究生入学考试课程。美国麻省理工学院(MIT) 著名教授A. V. 奥本海姆在他所著教科书Signals and Systems 的前言中指出：“信号与系统课程不仅是工程教学中一门非常基本的课程，而且也成为工科学生在大学教育阶段所修课程中最

38、有得益而又引人入胜和最有用处的一门课”。 该课程一方面以高等数学、工程数学及电路分析基础等课程为基础，同时又是相关专业后继的数字信号处理、通信原理等专业课程的先修课程，在教学环节中起着承上启下的作用.本课程最大特点是理论性强，较为抽象。既有严格的数学理论做支撑，又有现代技术的实践背景。课程中需要掌握的公式、定理和性质多；而且所涉及的数学知识多。因此，在学习中一定要注意数学与物理概念的紧密结合，深刻理解公式、定理和性质等的物理含义。在我自身学习这门课程的过程中，自己能切身体会到这门课程难学的程度。一个个抽象的逻辑函数表达式，一幅幅难以看懂的表格都让我非常头疼。起初学习这些东西时完全搞不明白这些数

39、学公式到底是什么，到底想要讲些什么东西。在一遍遍的研读中才慢慢明白了这门课程究竟是讲了些什么东西。通过本课程的学习，应理解和掌握信号分析与系统分析的基本方法、理论及应用，为专业课学习打下必要的基础。1.了解信号的时域特性，学会建立一阶、二阶线性时不变连续系统的微分方程；掌握零输入响应、零状态响应和全响应等概念和一阶、二阶电路和计算等；学会计算冲激响应和卷积积分。2.掌握周期信号的非周期信号的频谱及其特点，熟悉傅里叶变换及其主要性质，了解连续系统的频域分析方法。3.掌握单边拉普拉氏变换及其主要性质，熟悉电路和复频域模型及其计算方 法，了解系统函数的概念。4.了解离散信号及其表示，熟悉 Z变换及Z

40、反变换的基本计算方法。3.3 信号与系统涉及内容连续时间信号与系统的时域分析：这一部分课程内容主要包括：信号的基本运算与变换、阶跃函数和冲激函数、线性时不变连续系统的响应、线性时不变连续系统的响应、冲激响应与阶跃响应、用卷积积分法求零状态响应等。通过该部分的学习，要求熟悉描述线性时不变系统的数学模型（线性常系数微分方程）并掌握其求解方法；重点掌握零输入响应，零状态响应和全响应的概念；理解阶跃函数和冲激函数，会计算冲激响应和阶跃响应，能计算二个简单函数的卷积积分和利用卷积积分计算零状态响应。连续系统的频域分析：这一部分课程内容主要包括:：周期信号的频谐、非周期信号的频谐、傅里叶变换的性质、连续系

41、统的频域分析等。 通过学习这一部分内容我们要掌握如何将连续信号分解为不同频率的正弦信号之和，并在频域研究连续信号激励下，如何求系统的响应。掌握利用傅里叶级数（或变换）将任意信号表示为一系列不同频率的正弦信号之和。深刻理解信号频谱的概念，熟悉掌握傅里叶变换的性质。学会利用叠加原理研究不同频率的正弦信号通过系统求响应。这部分内容的重点是掌握周期信号频谱的特点和傅里叶变换的性质。离散时间信号和离散系统分析：这一部分课程内容主要包括：离散时间信号、离散系统的时域分析、Z变换、离散系统的Z域分析等。 通过本部分的学习，要求了解离散时间信号和离散系统，了解离散时间信号及其运算。理解描述线性时不变离散系统的

42、数学模型是线性常系数差分方程。初步掌握离散系统的时域分析方法，了解Z变换及Z变换的性质。本部分的重点是Z变换及其性质和逆Z变换。连续系统的复频域分析：这一部分课程内容主要包括:：拉普拉斯变换、拉普拉斯变换的性质、拉普拉斯逆变换、连续系统的复频域分析、系统模拟与系统函数。利用拉普拉斯变换（简称拉氏变换）可以把线性常系数微分方程变换为S域的代数方程，从而把求解微分方程的问题变换为求解S域代数方程的问题，这使得利用拉氏变换分析线性时不变系统变得十分方便和有效。通过学习，要求掌握拉氏变换的性质，电路的S域模型和利用拉氏变换分析线性时不变简单电路（或系统）。 本部分重点是拉氏变换性质和利用复频域法分析简

43、单电路。第4章 MATLAB在信号与系统中的应用学过MATLAB的人一定都知道这是一款功能十分强大的软件，用它可以仿真许多科目的实验，在信号与系统中也不例外。它既可以给出相应信号函数的图形，也可以描绘出整个系统的图形，可以让你直观的感受到你所研究的内容到底是些什么，一些参数的变化到底会引起怎样的影响，这些对于这门课的学习来说将会有很大帮助。4.1 MATLAB中信号表示及可视化通常只需将自己研究信号的函数以.M语言表示出来，通过画图程序即可直观的看到你所研究的信号，具体过程如下：打开MATLAB；点击new，在点击M-File即可新建一个编写程序的界面，如图4-1所示。图4-1 m文件创建界面

44、具体举例如下：1.阶跃信号，符号函数，冲击函数，斜变函数程序如下：clear;clc;t=-4:0.01:4;t1=0:0.01:4;t0=0; f1=(t0); %单位阶跃信号f2=sign(t); %符号函数 n=length(t);f3=zeros(1,n);f3(1,(-t0+4)/0.01+1)=1; %单位冲激函数f4=t1; %单位斜变函数subplot(2,2,1);stairs(t,f1);axis(-4,4,-1.1,1.1);title(单位阶跃信号);xlabel(t);ylabel(u(t);subplot(2,2,2);plot(t,f2);axis(-4,4,-1

45、.1,1.1);title(符号函数);xlabel(t);ylabel(sign(t);subplot(2,2,3);plot(t,f3);axis(-4,4,-1.1,1.1);title(单位冲激函数);xlabel(t);ylabel(cj(t);subplot(2,2,4);plot(t1,f4);axis(0,4,0,4);title(单位斜变信号);xlabel(t);ylabel(f(t); 运行结果如图4-2所示。图4-2 简易信号2.取样函数程序如下：t=-10:0.01:10; % 定义时间范围向量tf=sinc(t); % 计算sinc(t)函数 plot(t,f);

46、% 绘制sinc(t)的波形运行结果如图4-3。图4-3 取样函数4.2 MATLAB在信号与系统分析中的应用4.2.1 MATLAB在时域、频域、S域、Z域里的应用举例一MATLAB在各域的基本知识1.连续系统的时域分析(1) 微分方程的经典解法：齐次解+特解（代入初始条件求系数）00+初值（由初始状态求初始条件）：全响应=零输入响应+零状态响应；注意应用LTI系统零状态响应的微积特性(2)冲激响应定义，求解（经典法），注意应用LTI系统零状态响应的微积分特性阶跃响应与的关系(3)卷积积分定义：激励、零状态响应、冲激响应之间关系2.离散系统的时域分析(1)离散系统的响应差分方程的迭代法求解差分方程的经典法求解：齐次解+特解（代入初始条件求系数）全响应=零输入响应+ 零状态响应(2)单位序列响应的定义，的定义，求解（经典法）；若方程右侧是激励及其移位序列时，注意应用线性时不变性质求解阶跃响应与的关系(3)卷积和定义：激励、零状态响应、冲激响应之间关系3.连续系统的频域分析(1)周期信号的傅立叶级数展开：两种形式三角形式：指数形式（常用）：；周期信号的频谱（幅度谱和相位谱）：双边谱，单边谱；(2)傅立叶变换（对非周期信号和周期信号）定义：；称为频谱密