信号物理参数的测量.docx
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信号物理参数的测量
实验四
题目:
信号物理参数的测量
实验目的:
学习确定信号和随机信号的物理参数:
振幅,功率,交直流分量和频率的测量原理和方法。
实验要求:
学会测量
(1)正弦信号的最大值,最小值、振幅、功率、和频率。
(2)随机信号的产生和统计参数的测量:
均值和方差,随机信号的最大值,最小值,中值等等。
噪声与信号混合之后测试信噪比。
(3)学习使用频谱仪,测量正弦信号的功率频谱。
实验内容:
(1)产生一个550Hz,振幅为2.5V的正弦波,用Simulink模块来测试其最大值,最小值、振幅、功率,并利用频率计的工作原理构造一个频率计,测量其频率。
仿真步进可设定为1/10000秒。
这里学习使用DSP工具箱中的Statisitics工具箱。
Statisitics工具箱分别有求离散信号最小值、最大值、平均值,标准差、方差、均方根植(RMS)、自相关、互相关、中值(Median),直方图、排序等等功能模块。
我们学习使用最小值、最大值、平均值和方差模块来求信号的最小值、最大值、直流分量(平均值)和交流功率(方差)。
建立模型时需要注意将连续信号用零阶保持模块离散化,然后才能使用DSP工具箱中的模块。
理论上正弦波的功率计算是:
P=(A/sqrt
(2))^2=(2.5/1.414)^2=3.1259W。
通过如下仿真可以看出,模块输出的结果是动态变化的随机量,数值上逼近理论结果。
频率计的原理:
频率计实质上是一个按照固定时间清零的计数器,例如在一秒内对波形脉冲的计数就是该波形的基波频率。
频率计的组成是:
时间闸门,计数器,计数完毕时的输出使能(用触发子系统建模)以及频率显示模块,如下图。
建模时请根据原理自行设计仿真模块的参数。
(2)产生一个高斯随机信号:
方差为2,均值为1,用
(1)中的统计模块测量出其均值和
方差。
仿真步长1/10000秒。
如下图,可见仿真计算结果和理论结果之间的细微差别。
在实
验报告中解释这种差别。
设计建模一个1000Hz的正弦波,要求功率是10W。
混合了一个零均值的高斯随机噪声,噪
声功率为0.1W,测量出:
信号和噪声的信噪比,用dB显示。
测量出混合信号(相加)的
总功率,你能够得出什么结论?
建模之前首先解决:
功率是10W的正弦波的振幅是多少?
噪声功率为0.1W的随机噪声其
方差是多少?
测量出的信噪比和理论信噪比分别是多少,有区别吗?
下图是仿真模型和结
果。
(3)使用频谱仪测量正弦信号的功率频谱。
分别测量800Hz,振幅为1V的正弦信号和方波信号的频谱,比较两者的区别。
频谱仪模块在DSP工具箱中的sinks中。
注意设置频谱仪的FFT长度为2048(可设其它长度试试)。
1.对
(1)~(3)作出实验记录,说明参数设置情况、特别是遇到的问题和解决办法。
(30)
分)
2.给出(3)中建立的模型和参数设置以及仿真结果。
(30分)
3.完成思考题。
(30分)
4.实验报告请在实验完成后一周内提交。
(10分)
思考题:
1.如何测量信噪比?
(15分)
答:
分别测出信号的噪声功率和信号功率,噪声功率和信号功率的比值就是信噪功率。
2.说明FFT长度和频谱计算精度的关系。
(15分)
答:
FFT长度越长,频谱计算精度越精确。
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- 关 键 词:
- 信号 物理 参数 测量