1 Matlab及信號與系統(tǒng)的概述
1.1Matlab基本概述
Matlab是由美國mathwork公司研制,一種具備了交互式的程序設(shè)計(jì)以及可視化、科學(xué)計(jì)算的高科技計(jì)算機(jī)環(huán)境。其中主要技術(shù)包含了數(shù)值分析、工程繪圖、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、數(shù)字圖像處理、數(shù)字信號處理等。它集聚了豐富的應(yīng)用工具箱為一體,構(gòu)成了一個方便且界面友好的用戶平臺,同樣也是適合應(yīng)用于多種硬件平臺的數(shù)學(xué)計(jì)算應(yīng)用軟件。
1.2信號與系統(tǒng)基本概述
信號與系統(tǒng)是現(xiàn)代大學(xué)院校當(dāng)中通信系、電信系等專業(yè)的較為核心的基礎(chǔ)課程,其中主要是涉及到了信號分解以及系統(tǒng)分析。同時該門課程的學(xué)習(xí)又以高等數(shù)學(xué)和工程數(shù)學(xué)作為基礎(chǔ),當(dāng)中較多的計(jì)算與推導(dǎo),涉及到諸如微積分方程、差分方程求解、卷積、多項(xiàng)式求解等基礎(chǔ)類知識,而該門課程的開展也是為了對后續(xù)專業(yè)課程“通信原理”等課程的奠定基礎(chǔ)。
2 Matlab在信號與系統(tǒng)當(dāng)中的實(shí)際應(yīng)用
在信息與系統(tǒng)當(dāng)中時常會出現(xiàn)對于圖形的繪制以及數(shù)學(xué)類課程基本知識點(diǎn)的運(yùn)算。Matlab的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué)、工程中所使用的表達(dá)公式相似,在信號與系統(tǒng)當(dāng)中Matlab的應(yīng)用更是屢見不鮮。而其中主要的實(shí)踐應(yīng)用方面如下。
2.1Marlab在處理復(fù)雜模型中的應(yīng)用
在信號與系統(tǒng)的實(shí)踐探索當(dāng)中,經(jīng)常會遇到復(fù)雜類的結(jié)構(gòu)圖,需要我們根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)中的模擬框圖秋種系統(tǒng)的函數(shù),一般情況下,我們會運(yùn)用到關(guān)于梅森公式對其進(jìn)行求解,但其中的計(jì)算過程尤為的復(fù)雜,小步驟的失誤都會導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果全部出錯。而在Matlab當(dāng)中提供了類似的公式求解,并且在求解的過程當(dāng)中,準(zhǔn)確性高。在復(fù)雜的結(jié)構(gòu)框圖當(dāng)中定義好了G1,G2,G3…為過通路增益,Q為輸入的前提下,Input為輸入所加入的通路編號,Outputs為輸入所加入的通路編號,一般調(diào)用connect和append函數(shù)命令來實(shí)現(xiàn)。公式如下。
(1)Sys=connect(G,Q,Input,Outputs)。
(2)append=(G1,G2,G3,…)。
將其中的模塊中的各個通路編號進(jìn)行排序,再將各個未連接的模塊利用append命令得到的系統(tǒng)矩陣。設(shè)定好其中的連接關(guān)系,最后再用connect函數(shù)命令實(shí)現(xiàn)構(gòu)造整個系統(tǒng)的模型。
2.2Marlab在信號卷積積分中的應(yīng)用
信號卷積積分是用于連續(xù)信號與系統(tǒng)時域分析的有利方法,其中涉及到的領(lǐng)域有超聲波診斷、光學(xué)原理成像、系統(tǒng)辨識等。隨著Matlab信號與系統(tǒng)深入計(jì)算行業(yè)的發(fā)展,其在信號處理上的應(yīng)用也越為廣泛。
在實(shí)際的應(yīng)用當(dāng)中,計(jì)算過程包括了變量的代換、反褶,然后進(jìn)行平移,得到了兩個連續(xù)時間信號f,(t)和f,(t)。最后卷積積分f(t)=f,(t)×f,(t)。雖然以上的過程都能以手工的方式去完成,但是對于計(jì)算過程繁瑣且考慮到效率的問題,再加上需要時間間隔采樣后得到的離散序列的卷積和,所以運(yùn)用Matlab更能準(zhǔn)確地繪制出卷積積分信號的時域波形。
2.3Matlab在信號分解與合成中的應(yīng)用
在信號與系統(tǒng)的概念當(dāng)中有一些諸如濾波、調(diào)制、頻譜的基本點(diǎn),若采用以往的方式難以理解,而利用到Matlab軟件可以將抽象的概念較為的生動形象化。
在一個周期的方波信號到達(dá)的時候,通過解析法人工求解出其中的三角形式的傅里葉級數(shù),但這樣的方式是不太直觀的,但是若在此利用到Matlab編程實(shí)現(xiàn)的歌詞諧波的疊加的波形圖的話,通過直觀的表達(dá)。
在疊加的波形圖當(dāng)中,分量越多,合成的波形周期越接近本來的樣子。而通過比對未受噪聲與受噪聲污染的信號的時域波形與幅度譜,找出波形圖中的尖峰,可以非常清晰地觀察周期方波信號的分解和合成的現(xiàn)象。
2.4Marlab在系統(tǒng)s域分析當(dāng)中的應(yīng)用
在實(shí)現(xiàn)連續(xù)時間系統(tǒng)的s域分析當(dāng)中,通常目的是為了求出系統(tǒng)函數(shù)的零極點(diǎn)分布圖,以及單位沖擊響應(yīng)圖圖形、幅度平率響應(yīng)時間圖形的繪制。在常規(guī)的畫法當(dāng)中,學(xué)生在根據(jù)題意繪制圖形時,總會帶來一些不必要的麻煩,其中就有關(guān)于對于坐標(biāo)范圍的選定,坐標(biāo)范圍的選定會影響極點(diǎn)的運(yùn)算結(jié)果個數(shù)。在利用Matlab畫圖形時,首先設(shè)定其中的系統(tǒng)函數(shù)H(t),然后通過調(diào)用pzmap(sys)函數(shù)命令畫出系統(tǒng)的零極點(diǎn)分布圖,然后利用impulse()和freqs()函數(shù)命令求出沖激響應(yīng)以及頻率響應(yīng)繪制在圖形上。簡單明了的交互式的應(yīng)用軟件科學(xué)計(jì)算界面,給繪圖帶來了很多的便捷。
3 結(jié)語
Matlab軟件的誕生,在信號與系統(tǒng)的應(yīng)用當(dāng)中是至關(guān)重要的。作為現(xiàn)代比較流行的一種高科技應(yīng)用軟件,特別是在數(shù)據(jù)的計(jì)算、信息的處理、圖像的繪制尤為的優(yōu)點(diǎn)突出。在其深入淺出地分析各種信號特性和各種參數(shù)特性的同時,利用相對應(yīng)的公式進(jìn)行精確的求解,并在最后通過繪制圖形表現(xiàn)出來,將信號與系統(tǒng)中系統(tǒng)分析、信號處理等多種概念性的理論可視化,直觀化。通過這樣的層面,舍得計(jì)算和分析信號與系統(tǒng)更加高效,便