一、實驗目的 1 熟悉離散時間信號卷積的定義、表示以及卷積的結果; 2 掌握利用計算機進行離散時間信號卷積運算的原理和方法; 3 熟悉離散時間信號的相關計算方法; 4 熟悉離散時間信號卷積運算函數conv和deconv的應用。 2. 卷積計算的幾何解法 卷積積分的計算從幾何上可以分為四個步驟:翻轉→平移→相乘→疊加 積分 。 3. 卷積積分的應用 卷積積分是信號與系統時域分析的基本手段,它主要用于求系統的零狀態響應,從而避開了經典分析方法中求解微分方程時,需要求系統初始值的問題。它將輸入信號分解為眾多的沖激函數之和,利用沖激響應,可以方便地求解LTI系統對任意激勵的零狀態響應。 三、涉及的MATLAB函數 1. conv函數 功能: 進行兩個序列的卷積運算 多項式系數乘法 。 調用格式: w conv u,v : 其中u,v為任意兩向量,w為積向量,其長度為u,v兩相量長度之和減一。 2. deconv函數 功能:兩個序列的反卷積運算 多項式除法函數 調用格式: [q,r] deconv v,u : 其中u,v為任意兩向量,q為商向量,r為余數向量。采用函數conv ,可以快速求出兩個離散時間序列的卷積和,但是此函數不需要給出兩序列對應的時間序列號,也不返回卷積和序列 f k f1 k *f2 k 對應的序列號,因此需要討論卷積和序列對應的序列號的問題。 若序列f1 k 在區間n1~n2非零,序列f2 k 在區間m1~m2非零,則f1 k 的時域寬度為L1 n2-n1+1,f2 k 的時域寬度為L2 m2-m1+1。由卷積和定義,序列f k f1 k *f2 k 的時域寬度為L L1+L2-1,對應時間序列號區間為n1+m1~n2+m2,在此區間內卷積和值非零。 四、實驗內容與方法 1. 驗證性實驗 1 計算序列[-2 0 1 -1 3]和序列[1 2 0 -1]的離散卷積。 MATLAB程序: a [-2 0 1 -1 3]; b [1 2 0 -1]; c conv a,b ; M length c -1; n 0:1:M; stem n,c ; xlabel ′n′ ; ylabel ′幅度′ ;兩個序列的離散卷積如圖7.1所示。 2 計算樣值向量f1 k 與f2 k 的卷積積分。 MATLAB程序: %f: f k 的樣值向量 %k: f k 對應的時間向量 f1 [1 2 1]; %輸入樣值序列及其特征 k1 [-1 0 1]; f2 ones 1,5 ; k2 -2:2; f conv f1,f2 ; k0 k1 1 +k2 1 ; %序列f非零樣值的起點k3 length f1 + length f2 -2; k k0:k0+k3; subplot 3,1,1 ; %f1 k 的波形stem k1,f1 ; title ′f1 k ′ ; subplot 3,1,2 ; %f2 k 的波形stem k2,f2 ; title ′f2 k ′ ; subplot 3,1,3 ; %f k 的波形stem k,f ; title ′f k ′ ;兩個序列的卷積積分如圖7.2所示 3 計算f1 k u k ,f2 k u k -u k-3 的卷積。MATLAB程序: %f1: f1 k 樣值向量%k1: f1 k 對應時間向量%f2: f2 k 樣值向量%k2: f2 k 對應時間向量%f3: f3 k 樣值向量%k3: f3 k 對應時間向量 k1 -5:15; f1 [zeros 1,5 ,ones 1,16 ]; subplot 3,1,1 stem k1,f1 ; title ′f1 k ′ k2 k1; f2 [zeros 1,5 ,ones 1,3 ,zeros 1,13 ]; subplot 3,1,2 stem k2,f2 ; title ′f2 k ′ k3 k1 1 +k2 1 :k1 end +k2 end ; f3 conv f1,f2 ; subplot 3,1,3 stem k3 ,f3 ; title ′f3 k ′ ;兩個序列的卷積積分如圖7.3所示。 2. 程序設計實驗 1 已知序列f k 2,3,1,2,3,4,3,1 ,對應的k值為-3≤k≤4,分別繪出