信号系统与信号处理课程设计指导书.docx
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信号系统与信号处理课程设计指导书
信号、系统与信号处理
课程设计
指
导
书
信息工程学院
一、信号、系统与信号处理课程设计目的
通过课程设计，主要达到以下目的：
1、使学生进一步掌握信号处理课程的基本理论、基本方法和基本技术。
2、使学生增进对MATLAB的认识，利用MATLAB加深对理论知识的理解。
3、使学生了解和掌握使用MATLAB的应用过程和方法，为以后的设计打下良好基础。
4、通过课程设计，培养学生能根据设计要求，进行理论知识分析、设计方法总结、典型实例设计等方面的设计综合能力。
二、信号、系统与信号处理课程设计说明及要求
1、课程设计选题方面，学生可以从老师的命题参考中任选一题进行课程设计；也可自已命题，但必须符合指导书要求。
2、课程设计以MATLAB软件为设计工具，要求学生能熟练掌握MATLAB软件的使用方法。
3、课程设计主要包括理论分析、方法总结、典型实例设计等三方面内容。
要求学生根据设计要求，进行理论知识分析，归纳设计方法，选择好典型实例并进行设计。
实例设计要求有源程序，对设计结果或数据波形要进行分析论证。
4、要写出详细的设计报告。
要求学生能独立写出文理通顺的、有理论根据的、实事求是的、科学严谨的课程设计报告。
字数不少于三千字，发现雷同或类同现象的各方都一律重做，且成绩不能评定为良好及以上等级。
三、信号、系统与信号处理课程设计过程
课程设计包括理论和实践两个方面。
学生对设计任务进行分析、设计、制作与调试等工作是课程设计的实践部分；撰写课程设计的总结报告，即将分析、设计、制作和调试过程进行全面总结，是把实践内容提升到理论高度的过程，是课程设计的理论部分。
通过课程设计报告，可以培养学生的理论学习能力、资料查阅能力、技术归纳能力、结论分析能力、论文撰写能力和工作总结能力。
课程设计大致包括以下几个环节：
1、选择题目：
根据自己掌握的知识和具备的能力，选择合适的题目。
2、明确任务：
根据选择的题目，进一步明确设计任务或技术指标。
3、理论分析：
从理论方面分析和解决设计任务。
4、技术实现：
从实践方面达到或实现理论分析。
5、得出结论：
列出程序结果或数据波形，得出设计结论。
6、设计总结：
结合以上设计环节，写出设计报告，总结经验方法，得出设计结论，概括成果意义等等，指出存在的问题或努力的方向。
四、数字信号处理课程设计题目
1、基于FIR的语音信号处理系统（参考）
例：
设计一个简单的语音信号分析系统，实现对语音信号时域波形显示、进行频谱分析，利用滤波器滤除噪声等功能。
采用Matlab设计语言信号分析相关程序。
具体任务：
（1）采集语音信号，录制自己的声音（5s以内），并进行采样；
（2）语音信号的频谱分析，画出采样后语音信号的时域波形和频谱图；
（3）产生噪声信号并加到语音信号中，得到被污染的语音信号，并回放语音信号；
（4）污染信号的频谱分析，画出被污染的语音信号时域波形和频谱；
（5）针对语音信号频谱及噪声频率，设计合适的FIR数字滤波器滤；
（6）用自己设计的滤波器对被污染的语音信号进行滤波；
（7）分析得到信号的频谱，画出滤波后信号的时域波形和频谱，并对滤波前后的信号进行对比，分析信号的变化；
（8）回放滤波后语音信号。
2、选题方向可参考下列（不局限），并参考上例设计具体任务并实现。
①频分复用
②抽样定理的工程应用
③音乐合成
④音乐回响、混响
⑤音频加解扰
⑥回音消除
⑦图像信号加解扰
⑧数字式自激振荡器及其应用
五、对课程设计报告的要求
1、课程设计报告封面，包括：
题目、班级、学生姓名、指导老师姓名及时间（年、月、日）等；
2、课程设计报告的内容主要包括设计题目、设计要求及任务、设计原理、设计方法、技术实现、设计结果、数据波形、收获与体会和参考文献（不少于3篇）等项目；
3、以上项目多少与格式不作统一限制，但要求用A4纸打印。
电子文档以班级姓名作为文件名（如：
13电信卓-王欢），上传至网络教学平台。
课程设计于本学期第14周内完成，并进行答辩；
4、课程设计1~2人一组，可选择相同题目，进行设计环节（1人一题有加分）。
六、参考资料
[1]陈怀琛,吴大正,高西全.MATLAB及在电子信息课程中的应用（第2版）[M].北京:
电子工业出版社,2004
[2]高西全,丁玉美.数字信号处理（第三版）[M].西安：
西安电子科技大学出版社，2008
[3]刘顺兰,吴杰.数字信号处理（第二版）[M].西安：
西安电子科技大学出版社，2008
[4]吴湘淇.信号、系统与信号处理（上、下）[M].北京:
电子工业出版社,2000
[5]张志勇.精通MATLAB6.5[M].北京：
北京航空航天大学出版社,2003
[6]门爱东,杨波,全子一.数字信号处理[M].北京：
人民邮电出版社,2003
[7]吴湘淇.信号与系统（第3版）[M].北京:
电子工业出版社,2009
[8]吴湘淇,肖熙，郝晓莉.信号、系统与信号处理的软硬件实现[M].北京:
电子工业出版社,2002
[9]万建伟,王玲.信号处理仿真技术[M].长沙:
国防科技大学出版社,2008
[10]JohnG.Proakis,DimitrisG.Manolakis.数字信号处理[M].方艳梅,刘永清译.北京:
电子工业出版社,2007
[11]SanjitKMitra.数字信号处理实验指导书[M].孙洪等译.北京:
电子工业出版社,2006
另外：
请同学们根据自己的选题，确定好关键词，在网上搜索一些参考内容，也可在校园网图书馆中的数字资源搜索下载自己需要的参考文章。
附：
课程设计报告范文
《信号、系统与信号处理》
课程设计报告
FIR数字滤波器设计及MATLAB实现
班级：
姓名：
学号：
同组人：
指导教师：
FIR数字滤波器设计及MATLAB实现
一、设计目的
MATLAB是一种以数值计算和数据图示为主的计算机软件，并包含适应多个学科的专业软件包，以及完善程序开发功能。
在MATLAB中设计并实现FIR数字滤波器，就是MATLAB软件在信号处理中的应用。
通过这次课程设计，以期我们能更加熟悉MATLAB的功能，掌握MATLAB程序设计，为以后的毕业设计奠定一定的基础。
二、设计要求及任务
用窗函数法设计线性相位FIR低通滤波器，该滤波器的通带截止频率
，单位脉冲响应h（n）的长度M=21，并绘出h（n）及其幅度响应特性曲线。
三、设计原理
①窗函数设计法的基本原理：
为了用
逼近理想的频率响应
，获取有限长序列h（n）的最有效方法是用一个有限长的窗口函数序列w（n）来截取无限长序列
即：
h（n）=w（n）
其中：
=
②在MATLAB信号处理工具箱中为用户提供了Boxcar（矩形），Bartlet（巴特利特），Hanning（汉宁）等函数，这些函数可通过“helpsignal﹨signal”获取。
由于这些窗函数调用格式相同，下面仅以矩形函数为例说明其调用格式。
格式：
w=boxcar（M）
功能：
返回M点矩形窗序列。
窗的长度M又称为窗函数设计FIR数字滤波器的阶数。
根据卷积理论可知，
=
因此，
逼近程度的好坏完全取决于窗函数的频率特性。
表
（1）给出了部分窗函数的频率特性。
表
（1）在相同条件下，部分窗函数的频率特性
名称
主瓣带宽
过渡带宽
最小阻带衰减
Boxcar（矩形）
4
/M
1.8
/M
21dB
Bartlet（巴特利特）
8
/M
4.2
/M
25dB
Hanning（汉宁）
8
/M
6.2
/M
44dB
Hamming（哈明）
8
/M
6.6
/M
51dB
Blackman（布莱克曼）
12
/M
11
/M
74dB
四、设计过程
在这里我假设低通滤波响应的频率响应为
中心点
=（21-1）/2=10;
相应的单位脉冲响应
为
dw=
=
对于滤波器窗函数序列的形状及长度的选择很关键，一般希望窗函数满足以下两项要求：
⑴窗函数主瓣尽可能地窄，以获取较陡的过渡带。
⑵尽量减少窗谱的最大旁瓣的相对幅度。
也就是能尽量集中于主瓣，这样使肩峰和波纹减少，就可增大阻带的衰减。
但是这两项是不能同时都满足的。
当选用主瓣宽度较窄时，虽然得到较陡的过渡带，但通带和阻带的波动明显增加；当选用最小的旁瓣幅度时，虽能得到平坦的幅度响应和较小的阻带波纹，但过渡带会加宽，也即主瓣会加宽。
因此，对于这个设计，我决定采用矩形窗设计。
0
而对于矩形窗
=
FIR滤波器的系统函数H（z）
=
MATLAB源程序为：
M=21;wc=pi/4;%理想低通滤波器参数
n=0:
M-1;r=（M-1）/2;
nr=n-r+eps*（（n-r）==0）;
hdn=sin（wc*nr）/pi./nr;%计算理想低通单位脉冲响应hd（n）
ifrem（M,2）~=0,hdn（r+1）=wc/pi;end;%M为奇数时，处理n=r点的0/0型
wn1=boxcar（M）;%矩形窗
hn1=hdn.*wn1';%加窗
subplot（2,1,1）;stem（n,hn1,'.'）;line（[0,20],[0,0]）;
xlabel（'n'）,ylabel（'h（n）'）,title（'矩形窗设计的h（n）'）;
hw1=fft（hn1,512）;w1=2*[0:
511]/512;%求频谱
subplot（2,1,2）,plot（w1,20*log10（abs（hw1）））
xlabel（'w/pi'）,ylabel（'幅度（dB）'）;title（'幅度特性（dB）'）;
程序运行结果如下图：
结论:
通过这次课程设计，我们可总结得知窗函数设计FIR滤波器的步骤：
①根据技术要求确定待求滤波器的单位取样响应。
②由过渡带及阻带衰减的要求，选择窗函数的形式，并估计窗口长度N。
③计算滤波器的单位取样响应。
④验算技术指标是否满足要求。
而在用窗函数设计FIR数字滤波器的时候，我们应该特别注意窗函数序列的形状及长度的选择。
即设计窗函数的时候，窗函数形式的选择最为关键。
五、收获与体会
因为这次课程设计，我重新温习了有关FIR滤波器的这部分内容，以前遗留下的很多疑问再通过这次作业，有一部分已得到解决。
用MATLAB设计滤波器，使我对MATLAB这个软件有了更深层次的了解，相信如果以后还要用MATLAB这个软件的话，特别是写有关数字信号处理方面的程序，应该不是问题。
这是我第二次写课程设计报告，虽说写的不怎么样，但我还较满意。
因为我享受了过程，几天忙着找资料，有很努力的去做，想想如果把这种认真放到做别的事情，就算最后没成功也会很高兴，比起不努力去做总是会有成效的。
六、参考文献
[1]吴湘淇.信号与系统（第3版）[M].北京:
电子工业出版社,2009
[2]吴湘淇,肖熙，郝晓莉.信号、系统与信号处理的软硬件实现[M].北京:
电子工业出版社,2002:
45-78
[3]JohnG.Proakis,DimitrisG.Manolakis.数字信号处理[M].方艳梅,刘永清译.北京:
电子工业出版社,2006:
282-295
[4]万建伟,王玲.信号处理仿真技术[M].长沙:
国防科技大学出版社,2008:
77-88
[5]赵彦斌,张永瑞.信号谱分析中参数选择对频率分辨率的影响[J].电子科技,2005,194（11）：
6-9
[6]栗学丽,刘琚.“数字信号处理”教学中易混淆的问题讨论[J].电气电子教学学报，2009,31（4）：
39-41
[7]汉泽西,姚英彪.用DFT分析正弦信号频谱时应注意的几个问题[J].西安石油学院学报，2003,18
（2）：
67-70
[8]张志勇.精通MATLAB6.5[M].北京：
北京航空航天大学出版社，2003
[9]高西全,丁玉美.数字信号处理（第三版）[M].西安：
西安电子科技大学出版社，2008：
95-105
[10]刘顺兰,吴杰.数字信号处理（第二版）[M].西安：
西安电子科技大学出版社，2008：
137-145
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