实验报告 一、实验名称 噪声中正弦信号的经典法频谱分析 二、实验目的 通过对噪声中正弦信号的经典法频谱分析，来理解和掌握经典谱估计的知识，以与学会应用经典谱估计的方法。 三、基本原理 1．周期图法：又称直接法。把随机信号的N点观察数据视为一能量有限信号，直接取的傅里叶变换，得，然后再取其幅值的平方，并除以N，作为对真实的功率谱的估计，以表示用周期图法估计出的功率谱，则。 2．自相关法：又称为间接法功BT法。先由估计出自相关函数，然后对求傅里叶变换得到的功率谱，记之为，并以此作为对的估计，即。 3．Bartlett法：对L个具有相同的均值和方差的独立随机变量，，…，，新随机变量的均值也是，但方差是，减小了L倍。由此得到改善方差特性的一个有效方法。它将采样数据分成L段，每段的长度都是M，即N=LM，第i段数据加矩形窗后，变为。把对应相加，再取平均，得到平均周期图。 4．Welch法：它是对Bartlett法的改进。改进之一是，在对分段时，可允许每一段的数据有部分的交叠。改进之二是，每一段的数据窗口可以不是矩形窗口，例如使用汉宁窗或汉明窗，记之为。这样可以改善由于矩形窗边瓣较大所产生的谱失真。然后按Bartlett法求每一段的功率谱，记之为，即，式中是归一化因子。 四、主要编程步骤 〔一〕构造一个频率为100Hz的正弦信号，再构造一个方差为0.01的高斯白噪声，将正弦信号与噪声相加，得到信号xn=sin(2*pi*100*n)+0.1*randn(size(n))； 〔二〕进行功率谱估计 1．周期图法 ①对xn加汉明窗,调用函数[Pxx,f]=periodogram(xn,window,nfft,Fs)，其中采样频率Fs=1000Hz，分别取不同的信号长度128，256，512，1024时，分别进行功率谱估计，画功率谱图。 ② 对xn分别加矩形窗，汉宁窗，海明窗，blackman窗。固定信号长度为256，采样频率为1000Hz,调用函数[Pxx,f]=periodogram(xn,window,nfft,Fs),分别进行功率谱估计，画功率谱图。 2．间接法 用cxn=xcorr(xn,＇unbiased＇)来计算xn的自相关函数，然后对其进行傅里叶变换，便得到它的功率谱，画图。 3．Bartlett法 对xn加矩形窗，调用函数[Pxx,Pxxc]=psd(xn,nfft,Fs,window,noverlap,p)，进行功率谱估计，画功率谱图。 4．Welch法 对xn加海明窗，调用函数[Pxx,f]=pwelch(xn,window,noverlap,nfft,Fs,range)，进行功率谱估计，画功率谱图。 五、实验结果与分析 1． 周期图法， 采样频率Fs=1000Hz，信号频率f=100Hz，高斯白噪声方差为0.01。 ①取不同的信号长度128，256，512，1024时 程序运行结果如下图显示： 分析：当N逐渐增大时，曲线的起伏也逐渐加剧，这是因为N增大，使互不相关的点增多，才导致了曲线起伏的加剧。 ②对xn分别加矩形窗，汉宁窗，海明窗，blackman窗。固定信号长度N=256，调用函数[Pxx,f]=periodogram(xn,window,nfft,Fs),分别进行功率谱估计，画功率谱图。 程序运行结果如下图显示： ③ 改变信噪比 固定信号长度N=512,信噪比为-20dB,0dB,20dB时 分析：信噪比越大，效果越好。 ④ 改变窗函数的长度 2． 间接法 采样频率Fs=1000Hz,采样点数N=1024，信号频率=100Hz，高斯白噪声方差为0.01。 3.Bartlett法 采样频率Fs=1000Hz,采样点数N=1024，信号频率=100Hz，高斯白噪声方差为0.01。 4．Welch法 采样频率Fs=1000Hz,采样点数N=1024，信号频率=100Hz，高斯白噪声方差为0.01。 六、结论 根据分析结果，给出明确的，与分析相一致的结论。 本文档由香当网(https://www.xiangdang.net)用户上传
