【文章內(nèi)容簡介】 率等隨頻率變化的分布 規(guī)律 [3]。 頻譜分析與顯示原理 （ 1） 離散信號的短時 FFT 頻譜分析 現(xiàn)代信號頻譜分析是基于離散時域的短時 FOURIER 分析。設(shè)離散時域采樣信號為 x（ n） =0,1,… N1 是時域采樣點序號， N 是信號長度。在數(shù)字信號處理中，用加窗方法將信號分段。此時 ()mxn表示成 x mx (n),n=0,1,…,N 1， m 是楨的序號， n是楨的同步的時間序號， N 則是一楨內(nèi)的采樣點數(shù)（楨長）。信號 ()mxn的加窗離散時域 Fourier 變換（ DTFT）為 ： 10( , ) ( ) ( )Njw jw nmmnX m e w n x n e? ??? ? ?? （ ） 為了便于離散計算， 采用 ( ) ( )mmw n x n? 的離散 FOURIER 變換（ DFT）： 1 2 / 20( , ) ( ) ( ) , 0 , . . . , 1N j n k NmmnX m k w n x n e k N?? ??? ? ? ? ?? （ ） X(m,k)|便是 Xm(n)的短時幅度譜估計。把 m 當(dāng)作時間變量， k 當(dāng)作頻率變量，則 |X(m,k)|就是信號 x(n)的動態(tài)頻譜。由 20log10(|X(m,k)|)就是以 dB 表示的動態(tài)頻譜。為了高計算 |X（ m,k） |，可以運用快速 Fourier 變換算法，即 FFT 算法。 對三階交調(diào)進行模擬分析 ：三個正弦信號之和，要求 三個信號之間的頻率相差不大。 ：輸入信號通過非線性放大器，放大器的放大特性為 a*x+b*x*x*x。 ：輸入信號和輸出信號的頻譜 ［ 4］ 。 fs=6400000。 %采樣頻率 64k t=0:(1/fs):((1/fs))。 %時長 秒 遼寧 科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 4 頁 t_len=size(t,2)。 f1=1400。 f2=1600。 %雙音 信號 1k 和 f_len=linspace(fs/2fs/2/t_len,fs/2fs/2/t_len,t_len)。 figure(1)。 a1=。 a3=。 a5=。 s=(sin(2*pi*f1*t)+sin(2*pi*f2*t))。 a*x+b*x*x*x fftmov1=20*log10(abs(fft(ss)))。 fftmov1=fftshift(fftmov1)。 plot(f_len,fftmov1)。 ylim([100 120])。 xlim([0 5000])。 grid on。 xlabel(39。頻率 hz39。)。 ylabel(39。幅度 db39。)。 title(39。輸出信號頻譜 39。)。 偽彩色編碼的動態(tài)頻譜圖顯 示 在二維平面坐標(biāo)上，將 m 作為橫坐標(biāo)， k 作為縱坐標(biāo)，把 |X（ m,k） |的值作為灰則得到 X(n)的動態(tài)頻譜圖。 對 |X(m,k)|的值實施偽彩色映射，可得到偽彩色的動態(tài)頻譜圖，以獲得更好的分辨率和視覺效果，并增強頻譜圖的可讀性性。把 |X(m,k)|的最小值 minX 映射為歸一化的 0 電平，最大值 maxX 映射歸一化的 1 電平，而將 |X（ m,k） |線性映射為 01 之間的電平值 iC 。再利用彩色映射，計算彩色監(jiān)視器把 iC 顯示出來，則獲得偽彩色顯示的動態(tài)頻譜圖。為了充分利用彩色空間的范圍，選折適當(dāng)?shù)幕鶞?zhǔn)頻譜值 Base。小于Base 的頻譜值都被限定在基準(zhǔn)電平上，而大于 Base 的譜值則被線性映射到由 01 的遼寧 科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 5 頁 歸一化彩色值。以 C={c(m,k)}表示 彩色值矩陣，由 |X（ m,k） |到 c (m,k)的映射的數(shù)學(xué)表示如下： ( , )( , ) [ ( ( , ) ( , ) ) ]B m k B a s ec m k M a s B M K m k B a s e?? ?? （ ） 其中 | ( , ) |, | ( , ) |( , ), | ( , ) |x m k x m k B a s ec m k B a s e x m k B a s e???? ????? （ ） 寬帶頻譜圖與窄帶頻譜圖 根據(jù) DFT 分析原理，頻譜的頻域分辨力是指離散的頻率的頻率間隔，也即 X( )中相鄰的 k 值之間所代表的頻率間隔 0f 。 0f 的大小取決于楨長 N 以及信號采樣頻率 sf 。根據(jù) Nyquist 采樣定理， 0sff 和 N 之間的關(guān)系滿足 | ( , ) | , | ( , ) |( , ) , | ( , ) |x m k x m k Bas ec m k Bas e x m k Bas e???? ????? () 這與信號 nx 原來所包括的頻率成分無關(guān)。所以， sf 在不變的前提下，增加N 將使頻譜圖的分辨率提高或相鄰 k 值之間所代表的頻帶寬度變小，這就使得頻譜趨向于窄帶頻譜，相反，則趨向于寬帶頻譜。 為提高頻域分辨率而加大 N 值，會使頻譜在時域中是的分辨率降低。解決這個矛盾的途徑是，在取較大（合適）的真長 N 的同時，采用信號分針針移 1N 小于真長 N 的辦法，由此可得到頻域和時域分辨率都滿足需要的頻譜。分真真移可表示為： 1( ) ( )mx n x n N m? ? ? n=0,…N 1, 1N N () GUI 界面設(shè)計實現(xiàn) 動態(tài)數(shù)字調(diào)節(jié)器設(shè)計與仿真軟件的界面。它共包含 5 個區(qū)域 ： (1)菜單區(qū) ： 位于整個界面的最上端。隱含了 Matlab 自帶的所有基本菜單 (將figure 對象的 “MenuBar”屬性設(shè)置為 “None”)， 添加了 file、 tool、 system、最小拍、大林算法、 Simulink、 help7 個菜單。每個菜單下又有各級子菜單。其中兩項的具遼寧 科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 6 頁 體內(nèi)容如圖 。 圖 菜單內(nèi)容 (2)圖形區(qū) ： 用 于顯示各計算機控制系統(tǒng)的動態(tài)仿真曲線 ， 以及各系統(tǒng)的比較曲線 。 (3)對象模型區(qū) ： 動態(tài)的顯示系統(tǒng)各相應(yīng)環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)模型 (傳遞函數(shù)或脈沖傳遞函數(shù) )。由 4 個單選按鈕 (radiobutton)和 4 個編輯框 (edit)組成。當(dāng)用戶的輸入?yún)?shù)發(fā)生變化時 ,可通過單擊響應(yīng)的單選按鈕 ， 實現(xiàn)顯示結(jié)果的實時刷新與顯示 。 (4)控制按鈕區(qū) ： 由 4 個按鈕組成 (pushbutton)， 實時的進行系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定 ， 輸出圖像智能切換 ， 并具有曲線刷新等功能。在使用該軟件時 ,第一步便是按下 “參數(shù)輸入 ”按鈕 ， 進行系統(tǒng)設(shè)置 ,否則將給出錯信息 。 (5)圖 形效果區(qū) ： 由一個滑動條組成 (slider)。用于控制輸出圖形的明暗程度。其實在該區(qū)域還可根據(jù)用戶要求加入其他圖形控件 ， 如色彩選擇器、線形控制器等等 ，但就實現(xiàn)方式來講是完全一致的。故本窗口只設(shè)置了一個以示說明。 SIMULINK SIMULINK 是一個進行動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成軟件包。它可以遼寧 科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 7 頁 處理的系統(tǒng)包括：線性、非線性系統(tǒng)；離散、連續(xù)及混合系統(tǒng)；單任務(wù)、多任務(wù)離散事件系統(tǒng)。 SIMULINK 模型與文件 在 SIMULINK 模型窗口中可以使用 “ File” 選單來 實現(xiàn)模型的文件 相應(yīng)的操做，同樣，也可以在 MATLAB 的命令窗口通過命令來實現(xiàn)。 （ 1） 創(chuàng)建新模型。 newsysten 命令用來在 MATLAB 的工作空間創(chuàng)建一個空白的SIMULINK 模型，但這個模型不能制動顯示出來，稱為邏輯模型，必須用 opensysten命令來顯示。 （ 2） 打開模型。 opensysten 命令用來打開邏輯模型，在 SIMULINK 模型窗口顯示該模型。 （ 3） 保存模型。 Savesysten 命令用來保存模型為模型文件夾，擴展名為 .mdl。 （ 4） 關(guān)閉模型。如果要關(guān)閉一個打開的 SIMULINK 模型，則使用 closesysten 命令 。 SIMULINK 是 MATLAB 最重要的組件之一，它提供一個動態(tài)系統(tǒng)建模 仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中，無需大量書寫程序，而只需要通過簡單直觀的鼠標(biāo)操作，就可構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。 SIMULINK 具有適應(yīng)面廣、結(jié)構(gòu)和 流程清晰及仿真精細(xì)、貼近實際、效率高、靈活等優(yōu)點，并基于以上優(yōu)點 SIMULINK 已被廣泛應(yīng)用于控制理論和數(shù)字信號處理的復(fù)雜仿真和設(shè)計。同時有大量的第三方軟件和硬件可應(yīng)用于或被要求應(yīng)用于 SIMULINK。 SIMULINK 仿真原理 簡單的：用 SIMULINK 的工具箱做仿真 。 中級的：確定一個硬件芯片，然后再加外圍，然后仿真，適當(dāng)?shù)目紤]一些其他 干擾、現(xiàn)場因素 。 復(fù)雜的：確定硬件芯片，加外圍，考慮現(xiàn)場、干擾、編碼等諸多因素，并將整個信號的傳輸過程都仿真出來，如采集端的 DSP，信道里面的傳輸，接受的解碼編碼，最好是用一段具體的聲音來建模，并給出在頻域、時域的圖像 [6]。如果在家一點兒信道服用以后的提高、優(yōu)化分析，如時分復(fù)用、頻分復(fù)用等 。 遼寧 科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 8 頁 第 2 章 MATLAB 工具箱的概述及 GUI 界面的簡介 引 言 MATLAB 是由 MathWorks 公司于 1984 年推出的數(shù)學(xué)軟件 ， 早期以矩陣運算為主 ,但隨著科學(xué)可視化的需求日增 ， MATLAB 在第 4 版推出了句柄圖形 ， 自此之后 ，所有的 Demos 都包含友好的圖形用戶界面 ， MATLAB 的圖形界面設(shè)計功能也日益完善如今 ， MATLAB 已成為集數(shù)值計算功能符號運算功能和圖形處理功能為一身的超級科學(xué)計算語言 ， 滿足了不同領(lǐng)域用戶的需求。 句柄圖形及圖形用戶界面 句柄圖形 (HandleGraphics)就是將一個圖形的每一個組件都視為一個對象(Object)， 每一個對象都有一個獨一無二的 /句柄 0(handle)， 根據(jù)這個句柄 ,就可以找到這個對象 (即圖形組件 )的各項屬性 ， 并進而更改這些屬性 ， 以產(chǎn)生不同的圖形呈現(xiàn)效果。 句柄圖形 屬性 ： Children 屬性、 Parent 屬性、 Tag 屬性、 Type 屬性、 UserData屬性、 Visible 屬性、 ButtonDownF 屬性、 CreateF 屬性、 DeleteF 屬性。 圖形用戶界面 GUI(GraphicsUserInterface)是由各種圖形對象 ， 如圖形窗口 ， 圖軸 ， 菜單 ， 按鈕 ， 文本框等構(gòu)建的用戶界面 ,是人機交流信息的工具和方法 ,在該界面內(nèi) ， 用戶可以根據(jù)界面提示完成整個工程 ， 卻不必去了解工程內(nèi)部是如何 工作的GUI 設(shè)計即可以基本的 MATLAB 程序設(shè)計為主 ,也可以鼠標(biāo)為主利用 GUIDE 工具進行設(shè)計。利用 GUIDE 設(shè)計圖形用戶界面時 ， 可通過 GUI 應(yīng)用屬性設(shè)置編輯器來設(shè)置對句柄操作的響應(yīng) ,findobj 命令可以獲得所需對象的句柄。 GUIDE GUIDE(GraphicsUserInterfaceDesignEnviron2ment)是一個專用于 GUI 程序設(shè)計的快速開發(fā)環(huán)境 ， 使用者通過鼠標(biāo)就能迅速地產(chǎn)生各種 GUI 控件 ,并隨心所欲地改變它們的外形 !大小及顏色等 ， 從而幫助用戶方便地設(shè)計出各種符合要求的圖形用 戶界面調(diào)用 GUIDE 的方法有 2 種 ,在 MATLAB 命令窗口中輸入 guide 命令 。 在 GUIDE 設(shè)計環(huán)境中 ， 需要用到的工具有屬性編輯器控件布置編輯器菜單編輯器對象瀏覽器網(wǎng)格標(biāo)尺設(shè)置編輯器以及 GUI 應(yīng)用屬性設(shè)置編輯器等。 遼寧 科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 9 頁 (1)屬性編輯器 (PropertiesInspector) 打開屬性編輯器的方法有多種 ， 最常用的 ,選中控件對象以后 ， 點擊工具條上的屬性設(shè)置按鈕 ， 即可打開屬性編輯器 通過該屬性編輯器來對所選圖形對象設(shè)置相關(guān)屬性。 (2)控件布置編輯器 (AlignmentObjects) 在編輯 CUI 過程中 ， 通過控 件布置編輯器可以方便地設(shè)置面板上 GUI 控件的布局選中需要對齊的對象 ， 然后選擇工具條上的控件布置按鈕 ， 即可打開控件布置編輯器在控件布置編輯器中可以設(shè)置 GUI 控件水平以及垂直布局 ， 包括對齊方式以及控件間距等。 (3)對象瀏覽器 (ObjectBrowser) 在 GUI 面板中點擊對象瀏覽按鈕可打開對象瀏覽器 ， 在該瀏覽器中可以方便地顯示出所有的圖形對象 ， 單擊該對象則可以打開相應(yīng)的屬性編輯器。 (4)菜單編輯器 (MenuEditor) 在 GUI 面板中點擊菜單編輯按鈕可打開菜單編輯器 ， 通過菜單編輯器可以為圖形界面添加設(shè)置 和修改菜單項 ， 以及為右鍵添加快捷菜單。 (5)網(wǎng)格標(biāo)尺設(shè)置編輯器 (GridandRulers) 通過網(wǎng)格標(biāo)尺設(shè)置編輯器 ， 可以在 GUI 面板中添加網(wǎng)格以及標(biāo)尺 ,來方便用戶的界面設(shè)計。選擇 GUIDE 主菜單中的 Tools/GridandRulers 即可打開網(wǎng)標(biāo)尺設(shè)置編輯器。 (6)GUI 應(yīng)用屬性設(shè)置編輯器 (GUIDEApplica2tionOptions) 通過該編輯器可以設(shè)定 GUI 界面縮放形式 ， GUI 對句柄操作的響應(yīng)方式 ， 以及定義 GUI 的保存方式。選擇 GUIDE 主菜單中的 Tools/GUIOptions 即可打開 GUI 應(yīng)用屬性設(shè)置編輯器。 (7)GUI 設(shè)計面板 GUI 設(shè)計面板是上述 GUI 設(shè)計工具應(yīng)用的平臺 ， 如圖 1 所示 ， 面板上部提供了菜單和常用工具按鈕 ,左邊提供了多種 GUI 控件 。 如按鈕，單選按鈕，復(fù)選框，文本框等 。 進行 GUI 設(shè)計時 ,， 首先單擊 GUI 面板左邊所需的控件 ,然后在右邊的圖形界面編輯區(qū)中再次單擊某一恰當(dāng)?shù)奈恢?， 這時將在該位置上為圖形界面添加一相應(yīng)的控件 ,接下來 ,通過屬性編輯器和對齊編輯器對各控件設(shè)置相關(guān)屬性和進行界面布遼寧 科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 10 頁 置 ,以完善界面功能。 編制回調(diào)程序 完成控件的布局之后 ， 也就完成了整個圖形界面的結(jié)構(gòu)設(shè)計 ， 接下來則是最為重要的功能設(shè)計 ， 即要編制菜單 ［ 5］ 。 控件的回調(diào)程序 若要編制某一控件的回調(diào)程序 ,用右鍵單擊該控件 ,在彈出菜單中點擊 ViewCallbacks,然后從子菜單中選擇一種激活回調(diào)程序的方式 ， 就可以編制回調(diào)程序了 ， 如 Callback 指單擊控件時激活回調(diào)程序完成一定的功能菜單的回調(diào)程序在菜單編輯器的 Callbacks 文本框中給出。 主界面 在 MATLAB 命令窗口中輸入 guide 打開 GUI 的快速開發(fā)環(huán)境 GUIDE， 如圖 1所示本軟件的主界面包括一個命令按鈕，一個位圖格式的圖片和幾個靜態(tài)文本框 ，要改變 最上邊靜態(tài)文本框的屬性 ， 需首先選中該控件 ， 然后點擊工具條上的屬性設(shè)置按鈕打開屬性編輯器 ， 當(dāng)然也可通過其他的方式打開屬性編輯器 ， 然后通過該編輯器為靜態(tài)文本框設(shè)置相關(guān)屬性 String 屬性用來設(shè)置控件對象所顯示的內(nèi)容 ， 這里設(shè)置為 基于 MATLAB 的圖形用戶界面 ， 字體角度屬性 FontAngle 設(shè)置為 italic， 即斜體 ， 字體大小屬性 FontSize 設(shè)置為 30， ForegroundColor 屬性用來設(shè)置文本框的前景顏色 ,這里設(shè)置為黑色 ,控件的位置和大小可通過改變 Position 屬性中的值來調(diào)整 ,也可在 GUI 面板中用 鼠標(biāo)拖動控件來調(diào)整控件的位置和大小其他控件的屬性也都是如此設(shè)置的另外 ， 當(dāng)有控件需要對齊時 ， 可以通過對齊編輯器進行修正。 完成控件布局之后 ,開始編制回調(diào)程序如前面所講的 ， 在 GUI 編輯狀態(tài)下用鼠標(biāo)右鍵單擊需要編寫回調(diào)程序的控件 ,打開右鍵快捷菜單 ,從 ViewCallbacks 中選擇一種回調(diào)方式 ， 打開 MATALB 自動生成的 .m 文件 ， 并且系統(tǒng)會自動生成如下語句Func