MATLAB产生信号波形的仿真实验

一、实验目的：熟悉MATLAB软件的使用，并学会信号的表示和以及用MATLAB来产生信号并实现信号的可视化。 

二、实验内容： 

对信号进行时域分析，首先需要将信号随时间变化的规律用二维曲线表示出来。对于简单信号可以通过手工绘制其波形，但对于复杂的信号，手工绘制信号波形显得十分困难，且难以绘制精确的曲线。 

一种是用向量来表示信号，另一种则是用符合运算的方法来表示信号。用适当的MATLAB语句表示信号后，可以利用MATLAB的绘图命令绘制出直观的信号波形。 

1．向量表示法 

对于连续时间信号f(t)，可以用两个行向量f和t来表示，其中向量t是形如t=t1:p:t2的MATLAB命令定义的时间范围向量，t1为信号起始时间，t2为信号终止时间，p为时间间隔。向量f为连续信号f(t)在向量t所定义的时间点上的样值。 

下面分析连续时间信号f(t)＝Sa(t)=sin(t)/t，可用如下的两个变量表示： 

t= -10:0.02:10 

f=sin(t)./t 

命令运行结果为： 

t = 

Columns 1 through 8 

-10.0000 -8.5000 -7.0000 -5.5000 -4.0000 -2.5000 -1.0000 0.5000 

Columns 9 through 14 

2.0000 3.5000 5.0000 6.5000 8.0000 9.5000 

f = 

Columns 1 through 8 

-0.0544 0.0939 0.0939 -0.1283 -0.12 0.2394 0.8415 0.95 

Columns 9 through 14 

0.4546 -0.1002 -0.1918 0.0331 0.1237 -0.0079 

用上述向量对连续信号进行表示后，就可以用plot命令来绘制出信号的时域波形。plot命令可将点与点间用直线连接，当点与点间的距离很小时，绘出的波形就成了光滑的曲线。 

MATLAB命令如下： 

plot(t,f); 

title(‘f(t)=Sa(t)’); 

xlabel(‘t’); 

axis([-10,10,-0.4,1.1]); 

绘出的信号波形如图1所示（左图）。当把时间间隔p取得更小（例如为0.02）时，就可得到Sa(t)较好的近似波形，如图1所示（右图）。 

如图1 Sa(t)的近似波形 

􀂾 用以下程序可产生正弦波： 

t=0:0.001:50; 

y=sin(2*pi*50*t); 

plot(t(1:50),y(1:50)); 

􀂾 用以下程序可产生加入随机噪声的正弦波： 

t=0:0.001:50; 

y=sin(2*pi*50*t); 

s=y+randn(size(t)); 

plot(t(1:50),s(1:50)); 

􀂾 用以下程序可产生周期方波： 

t=0:0.001:2.5; 

y=square(3*pi*30*t); 

plot(t(1:50),y(1:50)); 

􀂾 用以下程序可产生周期锯齿波： 

t=0:0.001:2.5; 

y=sawtooth(2*pi*30*t); 

plot(t,y); 

axis([0 0.2 –1 1])； 

􀂾 用以下程序可产生sinc函数： 

x=linspace(-5,5); 

y=sinc(x); 

plot(x,y);

􀂾 用以下程序可产生Dirichlet函数： 

x=linspace(0,4*pi,300); 

y1=diric(x,7); 

y2=diric(x,8); 

subplot(1,2,1);plot(x,y1); 

subplot(1,2,2);plot(x,y2); 

2．符合运算表示法 

如果信号可以用一个符号表达式来表示它，则我们可用ezplot命令（缺省的区间为[-2*pi,2*pi]）绘制出信号的波形，例如对于连续信号f(t)=sin(πt/4),我们可以用符号表达式表示为： f=sym(‘sin(pi/4*t)’); 

f= sin(pi/4*t); 

然后用ezplot命令绘制其波形： 

ezplot(f,[-16,16]); 

该命令绘制的信号波形如图2所示， 

如图2 正弦信号波形图 

要求：改用其它的信号来练习使用向量表示法和符号运算表示法来绘制信号波形，达到对两种方法的熟练掌握。 

练习：

1.向量表示法绘制信号的波形：

1）矩阵图形的绘制：

 x1=[1 2 3;4 5 6];

 plot(x1);

>> x2=peaks;%产生一个49*49的矩阵

>> plot(x2);

2）混合式图形的绘制：

>> x1=[1 2 3];

>> y1=[1 2 3;4 5 6];

>> x2=[1 1 1; 2 2 2];

>> y2=[1 2;3 4;5 6];

>> z1=x2+i*y1

z1 =

   1.0000 + 1.0000i   1.0000 + 2.0000i   1.0000 + 3.0000i

   2.0000 + 4.0000i   2.0000 + 5.0000i   2.0000 + 6.0000i

>> plot(z1)

2.符号运算表示法来绘制信号的波形：

1)绘制出y=-1/3x^3+1/3x^4的波形：

>>y=sym(‘-1/3x^3+1/3x^4’)

>>ezplot(y)

>>ezplot(y,[0,100])

2）用ezplot3绘制三维符号表达式曲线

>> x=sym('sin(t)');

>> z=sym('t');

>> y=sym('cos(t)');

>> ezplot3(x,y,z,[0,10*pi],'animate')

3）绘制如下图形：

>>syms x t

>>ezplot('t*cos(t)','t*sin(t)',[0,4*pi])