【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 2 仿真軟件 MATLAB MATLAB 發(fā)展歷史 MATLAB 軟件用作數(shù)字圖形處理和數(shù)值計(jì)算的科學(xué)計(jì)算系統(tǒng)環(huán)境，其由美國(guó) Math works 公司推出的。 MATLAB 是英文 Matrix Laboratory 的簡(jiǎn)寫。 Matlab 的第 1 版是 1984年發(fā)行的，期間經(jīng)過了 10 多年的不斷完善，如今已推出最新版本 ( 版 )。在新的版本中集合了日常數(shù)學(xué)計(jì)算處理中和圖形處理的各種功能，其功能主要包括：圖像生成、矩陣的運(yùn)算、數(shù)字信號(hào)處理以及高效率的數(shù)字計(jì)算等。用戶可以在 Matlab 環(huán)境下進(jìn)行多種操作如：數(shù)學(xué)計(jì)算、程序設(shè)計(jì)、圖像生成、輸入與輸出、文件資料的管理等。 Matlab提供了一個(gè)系統(tǒng)為基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是矩陣的人機(jī)交互系統(tǒng)環(huán)境，不需要在矩陣對(duì)象 生成時(shí)特別的對(duì)維數(shù)做出相應(yīng)說明。 同時(shí) Matlab 在數(shù)字圖像的處理方面也應(yīng)用非常廣泛，我們可以利用 Matlab 顯示圖像并且對(duì)圖像進(jìn)行處理和變換 在數(shù)字圖象處理及 Matlab 實(shí)現(xiàn)一書中詳細(xì)描寫了對(duì)于圖像的各種處理及變換 。 應(yīng)用 Matlab 比應(yīng)用 c 語言或 Fortran 語言程序進(jìn)行數(shù)值計(jì)算可以大大節(jié)省量編程時(shí)間，提高運(yùn)算速率。在如今美國(guó)部分的大學(xué)里， Matlab 逐漸成為輔助教學(xué)的有益工具在數(shù)值線性代數(shù)和其它一些高等數(shù)學(xué)課程等方面。 Matlab 也被用在工程科學(xué)技術(shù)界解決一些實(shí)際課題與數(shù)學(xué)模型等問題 [10]。其經(jīng)典應(yīng)用有： 數(shù)值計(jì)算、算法的預(yù)設(shè)計(jì)處理與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，和一些特別的短矩陣計(jì)算應(yīng)用，例如自動(dòng)化控制、統(tǒng)計(jì)、信號(hào)處理等。 Matlab 系統(tǒng)一開始是用 FORTRAN 語盲設(shè)計(jì)的，現(xiàn)在的 Matlab 程序是用 C 語言開發(fā)的，其開發(fā)的公司是 Math Works 公司， Matlab 的第一版是在 Steve Bangert 的主持下開發(fā)編譯程序， Steve Kleiman 進(jìn)行圖形功能的修改與設(shè)計(jì)，而對(duì)于各類數(shù)學(xué)分析的模塊與子模塊是由 John Little 和 Cleve Moler 主持開發(fā)的。在第 1 版 Matlab 發(fā)行以后，有很多的科學(xué)工作人員加入到了 Matlab 的開發(fā)團(tuán)隊(duì)中，基于 MATLAB的高階低通濾波器的設(shè)計(jì)與仿真 8 而且許多科技工作者對(duì)于目前 MATLAB 系統(tǒng)的進(jìn)步與完善做出了巨大的努力。自從Matlab 被以商品形式推出后，在僅僅很短的幾年時(shí)間，通過其良好的優(yōu)點(diǎn)如開放性和運(yùn)行的可靠性等，打敗了以前控制領(lǐng)域里的封閉式軟件包，使它們的使用者逐漸減少最終被淘汰，最終使人們改為以 Matlab 為平臺(tái)。 Matlab 被國(guó)際控制界公認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算軟件是在 20世紀(jì)九十年代的時(shí)候。 Matlab在與國(guó)際上 30多個(gè)數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件相比下，Matlab 在數(shù)值計(jì)算方面仍首屈可指，用的最多。 MATLAB 功能 Matlab 主要是應(yīng)用在科學(xué)計(jì)算、可視化和交互式程序設(shè)計(jì)的高科技計(jì)算的環(huán)境，其是由美國(guó) Math Works 公司開發(fā)和發(fā)布的。 Matlab 在一個(gè)易于使用的可視化窗口環(huán)境中集成了數(shù)值分析與計(jì)算、矩陣的計(jì)算、圖形的編輯以及非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真等很多功能。Matlab 為科學(xué)研究領(lǐng)域、工程設(shè)計(jì)和要進(jìn)行有效數(shù)值運(yùn)算的許多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種很好的解決途徑，而且在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)程序設(shè)計(jì)語言（例如 C、 Fortran）的編輯模式。 Matlab 體表了現(xiàn)今國(guó)際科學(xué)計(jì)算軟件的先進(jìn)水平。 Matlab 具有很強(qiáng)大的功能，它不僅可 以對(duì)矩陣進(jìn)行運(yùn)算、繪制函數(shù)圖形和數(shù)據(jù)等、而且號(hào)可以創(chuàng)建用戶界面、對(duì)其他編程語言的程序連接。 Matlab 的應(yīng)用非常廣泛，其主要應(yīng)用在工程計(jì)算、數(shù)字信號(hào)處理與通訊、對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)行處理、信號(hào)的檢測(cè)、金融的模型建立與分析等很多領(lǐng)域。 Matlab 是一個(gè)很高級(jí)的矩陣語言，它包括控制語句（如 if語句、 for 語句等）、多種函數(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輸入與輸出， Matlab 的編程特點(diǎn)面向?qū)ο蟮摹Ｔ诰帉懗绦驎r(shí)用戶可以在命令窗口中將輸入語句此時(shí)會(huì)自動(dòng)執(zhí)行此語句，用戶也可以事先編寫好一個(gè)應(yīng)用程序（ M 文件）后再對(duì)此文件進(jìn)行運(yùn)行。 Matlab 有 很多的函數(shù)集，包括一些最基本的函數(shù)到例如矩陣計(jì)算，數(shù)字濾波器頻率響應(yīng)、雙線性變換等復(fù)雜函數(shù)。 Matlab 中的函數(shù)能解決很多的問題其一般有矩陣的運(yùn)算和方程的求解、微分方程組及偏微分方程組的求解、符號(hào)的運(yùn)算、快速傅立葉變換統(tǒng)計(jì)與分析、在工程過程中對(duì)問題進(jìn)行優(yōu)化、對(duì)稀疏矩陣的運(yùn)算、復(fù)數(shù)的各種運(yùn)算、正余弦函數(shù)和其它初等函數(shù)的運(yùn)算、多維數(shù)組的操作以及對(duì)建模進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真等。 Matlab 中有很豐富的數(shù)字信號(hào)處理工具箱，其工具箱使用非常簡(jiǎn)便。在數(shù)字信號(hào)處理中有多種算法，如 FFT，傅立葉變換，卷積，濾波器設(shè)計(jì)，濾波器設(shè)計(jì)等 ，都是只用一條語句就能調(diào)用 [11]。 Matlab 在數(shù)字信號(hào)處理中常用的函數(shù)有波形的產(chǎn)生、濾波器的分析和設(shè)計(jì)、傅里葉變換、 Z 變換等，如： 波形產(chǎn)生： 淮南師范學(xué)院 2020屆 本科畢業(yè)論文 9 sawtooth（鋸齒波或三角波） Diric（ Dirichlet 或周期 sinc 函數(shù)） rand（白噪聲信號(hào)波形） square（方波） sinc（ sinc 或 函數(shù)） chirp（ chirp 信號(hào)波形） 濾波器的分析： abs（求幅值） angle（求相角） conv（求卷積） freqz（數(shù)字濾波器頻率響應(yīng)） impz（數(shù)字濾波器的沖擊響應(yīng)） zplane（ 數(shù)字 系統(tǒng)零極點(diǎn)圖 ） IIR 濾波器設(shè)計(jì)： butter（ 巴特沃思數(shù)字濾波器） cheby1（切比雪夫 I 型） cheby2（切比雪夫 II 型） maxflat（最平濾波器） ellip（橢圓濾波器） yulewalk（遞歸數(shù)字濾波器） bilinear（雙線性變換） impinvar（沖激響應(yīng)不變法） FIR 濾波器設(shè)計(jì)： triang（三角窗） blackman（布萊克曼窗） boxcar（矩形窗） hamming（海明窗） hanning（漢寧窗） kaiser（凱塞窗） fir1（基于窗函數(shù)法） 基于 MATLAB的高階低通濾波器的設(shè)計(jì)與仿真 10 fir2（基于頻 率抽樣法） firrcos（上升余弦 FIR 濾波器設(shè)計(jì)法） intfilt（內(nèi)插 FIR 濾波器設(shè)計(jì)法） kaiserord（用 Kaiser 窗設(shè)計(jì) FIR 濾波器的參數(shù)估計(jì)） 各種變換： czt（線性調(diào)頻 Z 變換） dct（離散余弦變換） fft（一維快速傅里葉變換） fft2（二維快速傅里葉變換） idct（逆離散余弦變換） ifft（一維逆快速傅里葉變換） ifft2（二維逆快速傅里葉變換） hilbert（ Hilbert 變換） MATLAB 優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn) （ 1） 豐富的 工作平臺(tái)和編程環(huán)境 Matlab 是 由 很多 的 工具 構(gòu) 成 的， 這些工具 使 用戶 能很方便的 使用 Matlab 函數(shù) 與 文件 等。 Matlab 工具 中 有很 多工具 都是 采用的用戶界面 操作方式。 隨著 Matlab 逐漸往 商業(yè)化 方向發(fā)展 以 其 及軟件 自 身的不斷 完善 升級(jí)， Matlab 對(duì)其 用戶界面 也在不斷的完善 ，人 和 機(jī) 的 交互性 變得 更強(qiáng)，操作更 容易更方便 。而且 在 新版本的 Matlab 中 提供了 比較全面的 的聯(lián)機(jī)查詢 功能和 幫助系統(tǒng)， 這對(duì)于用戶的使用提供了極大的方便 。 Matlab 的編程環(huán)境 有 比較完 善 的調(diào)試系統(tǒng)， 沒編譯過的程序就 可以直接 進(jìn)行 運(yùn)行， 并 且能夠及時(shí)地把錯(cuò)誤報(bào)告出來 及 對(duì) 出錯(cuò)原因 的 分析。 （ 2）出色的圖形處理功能 方便的數(shù)據(jù)可視化 的 功能 是 Matlab 生來具有的 ，將向量 與 距陣用圖形 的形式 表 達(dá)出來， 而且同時(shí) 可以對(duì)圖形標(biāo)注 與 打印。 較 高 水平 層次的作圖包括二維 圖形 和三維 圖形的可視化、 數(shù)字 圖象 的 處理、動(dòng)畫 作圖 和表達(dá)式 的 作圖 等 。 最 新版 Matlab 對(duì) 于 整個(gè)圖形 的 處理功能作了 多處 的改進(jìn)和完善，使他在 平常的 數(shù)據(jù)可視化軟件 同時(shí) 具有的功能（ 如二維曲線繪制 、 處理等）方面 進(jìn)一步 完善， 同時(shí)具對(duì)于 其 它 軟件沒有的 一些 功能（例如 對(duì) 圖形 進(jìn)行 光照處理、色度 的 處理等）， Matlab 也 同樣表現(xiàn)了 非同凡響 處理能力。 而且 Matlab 對(duì)一些特殊 的可視化要求，例如圖形 形成和編輯 等，也 都 有相應(yīng)的功能函數(shù)，淮南師范學(xué)院 2020屆 本科畢業(yè)論文 11 保證了用戶 對(duì)圖像方面 的要求 [12]。另外 最 新版本的 Matlab 在圖形用戶界面的制作上 進(jìn)行了 很大的改 進(jìn) ， 滿足了對(duì)這方面有要求的客戶 。 （ 3）強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理能力 Matlab 包含了許多的算法 。其擁有 的 700 多個(gè)工程 項(xiàng)目 中 需 要用到 各種 數(shù)學(xué)函數(shù)，滿足了用戶所需要的很多種計(jì)算的功能 。 在 函數(shù) 里 所 用到 的算法 基本上 都是科 學(xué) 研 究以及在各種 工程計(jì)算中 最新研究出來的 成果。在 很多 情況下， 我們 用它來 替換 底層 的 編程語言， 例 如 C 語言 和 C++等 。在計(jì)算 和 要求相同的情況下 ，使用 Matlab 的編程 語言 工作量會(huì)大大減少 ，節(jié)省了程序計(jì)算的時(shí)間 。 Matlab 有很多的函數(shù)集，包括一些最基本的函數(shù)到例如矩陣計(jì)算，數(shù)字濾波器頻率響應(yīng)、雙線性變換等復(fù)雜函數(shù) 。 Matlab 中的函數(shù)能解決很多的問題一般有矩陣的運(yùn)算和方程的求解、微分方程組及偏微分方程組的求解、符號(hào)的運(yùn)算、快速傅立葉變換統(tǒng)計(jì)與分析、在工程過程中對(duì)問題進(jìn)行優(yōu)化、對(duì)稀疏矩陣的運(yùn)算、復(fù)數(shù)運(yùn)算、正余弦函數(shù)和其