【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(hào)的短時(shí) FFT 頻譜分析 現(xiàn)代信號(hào)頻譜分析是基于離散時(shí)域的短時(shí) FOURIER 分析。設(shè)離散時(shí)域采樣信號(hào)為 x（ n） =0,1,… N1 是時(shí)域采樣點(diǎn)序號(hào)， N 是信號(hào)長度。在數(shù)字信號(hào)處理中，用加窗方法將信號(hào)分段。此時(shí) ()mxn表示成 x mx (n),n=0,1,…,N 1， m 是楨的序號(hào)， n是楨的同步的時(shí)間序號(hào)， N 則是一楨內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)（楨長）。信號(hào) ()mxn的加窗離散時(shí)域 Fourier 變換（ DTFT）為 ： 10( , ) ( ) ( )Njw jw nmmnX m e w n x n e? ??? ? ?? （ ） 為了便于離散計(jì)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(shí)幅度譜估計(jì)。把 m 當(dāng)作時(shí)間變量， k 當(dāng)作頻率變量，則 |X(m,k)|就是信號(hào) x(n)的動(dòng)態(tài)頻譜。由 20log10(|X(m,k)|)就是以 dB 表示的動(dòng)態(tài)頻譜。為了高計(jì)算 |X（ m,k） |，可以運(yùn)用快速 Fourier 變換算法，即 FFT 算法。 對(duì)三階交調(diào)進(jìn)行模擬分析 ：三個(gè)正弦信號(hào)之和，要求 三個(gè)信號(hào)之間的頻率相差不大。 ：輸入信號(hào)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(hào)和輸出信號(hào)的頻譜 ［ 4］ 。 fs=6400000。 %采樣頻率 64k t=0:(1/fs):((1/fs))。 %時(shí)長 秒 遼寧 科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 4 頁 t_len=size(t,2)。 f1=1400。 f2=1600。 %雙音 信號(hào) 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(hào)頻譜 39。)。 偽彩色編碼的動(dòng)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(dòng)態(tài)頻譜圖。 對(duì) |X(m,k)|的值實(shí)施偽彩色映射，可得到偽彩色的動(dòng)態(tài)頻譜圖，以獲得更好的分辨率和視覺效果，并增強(qiáng)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(jì)算彩色監(jiān)視器把 iC 顯示出來，則獲得偽彩色顯示的動(dòng)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(jì)（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(hào)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(hào) 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(huì)使頻譜在時(shí)域中是的分辨率降低。解決這個(gè)矛盾的途徑是，在取較大（合適）的真長 N 的同時(shí)，采用信號(hào)分針針移 1N 小于真長 N 的辦法，由此可得到頻域和時(shí)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(jì)實(shí)現(xiàn) 動(dòng)態(tài)數(shù)字調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)與仿真軟件的界面。它共包含 5 個(gè)區(qū)域 ： (1)菜單區(qū) ： 位于整個(gè)界面的最上端。隱含了 Matlab 自帶的所有基本菜單 (將figure 對(duì)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(gè)菜單。每個(gè)菜單下又有各級(jí)子菜單。其中兩項(xiàng)的具遼寧 科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)仿真曲線 ， 以及各系統(tǒng)的比較曲線 。 (3)對(duì)象模型區(qū) ： 動(dòng)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(gè)單選按鈕 (radiobutton)和 4 個(gè)編輯框 (edit)組成。當(dāng)用戶的輸入?yún)?shù)發(fā)生變化時(shí) ,可通過單擊響應(yīng)的單選按鈕 ， 實(shí)現(xiàn)顯示結(jié)果的實(shí)時(shí)刷新與顯示 。 (4)控制按鈕區(qū) ： 由 4 個(gè)按鈕組成 (pushbutton)， 實(shí)時(shí)的進(jìn)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(shí) ,第一步便是按下 “參數(shù)輸入 ”按鈕 ， 進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)置 ,否則將給出錯(cuò)信息 。 (5)圖 形效果區(qū) ： 由一個(gè)滑動(dòng)條組成 (slider)。用于控制輸出圖形的明暗程度。其實(shí)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(shí)現(xiàn)方式來講是完全一致的。故本窗口只設(shè)置了一個(gè)以示說明。 SIMULINK SIMULINK 是一個(gè)進(jìn)行動(dòng)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(jì)（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(shí)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(shí)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(gè)空白的SIMULINK 模型，但這個(gè)模型不能制動(dòng)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(kuò)展名為 .mdl。 （ 4） 關(guān)閉模型。如果要關(guān)閉一個(gè)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(gè)動(dòng)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(shí)際、效率高、靈活等優(yōu)點(diǎn)，并基于以上優(yōu)點(diǎn) SIMULINK 已被廣泛應(yīng)用于控制理論和數(shù)字信號(hào)處理的復(fù)雜仿真和設(shè)計(jì)。同時(shí)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(jí)的：確定一個(gè)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(gè)信號(hào)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(shí)域的圖像 [6]。如果在家一點(diǎn)兒信道服用以后的提高、優(yōu)化分析，如時(shí)分復(fù)用、頻分復(fù)用等 。 遼寧 科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(yùn)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(jì)功能也日益完善如今 ， MATLAB 已成為集數(shù)值計(jì)算功能符號(hào)運(yùn)算功能和圖形處理功能為一身的超級(jí)科學(xué)計(jì)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(gè)圖形的每一個(gè)組件都視為一個(gè)對(duì)象(Object)， 每一個(gè)對(duì)象都有一個(gè)獨(dú)一無二的 /句柄 0(handle)， 根據(jù)這個(gè)句柄 ,就可以找到這個(gè)對(duì)象 (即圖形組件 )的各項(xiàng)屬性 ， 并進(jìn)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(duì)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(jī)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(gè)工程 ， 卻不必去了解工程內(nèi)部是如何 工作的GUI 設(shè)計(jì)即可以基本的 MATLAB 程序設(shè)計(jì)為主 ,也可以鼠標(biāo)為主利用 GUIDE 工具進(jìn)行設(shè)計(jì)。利用 GUIDE 設(shè)計(jì)圖形用戶界面時(shí) ， 可通過 GUI 應(yīng)用屬性設(shè)置編輯器來設(shè)置對(duì)句柄操作的響應(yīng) ,findobj 命令可以獲得所需對(duì)象的句柄。 GUIDE GUIDE(GraphicsUserInterfaceDesignEnviron2ment)是一個(gè)專用于 GUI 程序設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)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(duì)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(jì)（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(duì)象以后 ， 點(diǎn)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(duì)所選圖形對(duì)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(duì)齊的對(duì)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(duì)齊方式以及控件間距等。 (3)對(duì)象瀏覽器 (ObjectBrowser) 在 GUI 面板中點(diǎn)擊對(duì)象瀏覽按鈕可打開對(duì)象瀏覽器 ， 在該瀏覽器中可以方便地顯示出所有的圖形對(duì)象 ， 單擊該對(duì)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(diǎn)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(xiàng) ， 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(jì)。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(duì)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(jì)面板 GUI 設(shè)計(jì)面板是上述 GUI 設(shè)計(jì)工具應(yīng)用的平臺(tái) ， 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(jìn)行 GUI 設(shè)計(jì)時(shí) ,， 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(shí)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(duì)齊編輯器對(duì)各控件設(shè)置相關(guān)屬性和進(jìn)行界面布遼寧 科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(gè)圖形界面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ， 接下來則是最為重要的功能設(shè)計(jì) ， 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(diǎn)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(shí)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(gè)命令按鈕，一個(gè)位圖格式的圖片和幾個(gè)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(diǎn)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(duì)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(dòng)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(duì)齊時(shí) ， 可以通過對(duì)齊編輯器進(jìn)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(dòng)生成的 .m 文件 ， 并且系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)生成如下語句Func