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数字信号处理第1章习题答案.ppt

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第1章 时域离散信号和时域离散系统,,1.1 学习要点与重要公式 1.2 解线性卷积的方法 1.3 例题 1.4 习题与上机题解答,1.1 学习要点与重要公式本章内容是全书的基础。 学生从学习模拟信号分析与处理到学习数字信号处理, 要建立许多新的概念。 数字信号和数字系统与原来的模拟信号和模拟系统不同, 尤其是处理方法上有本质的区别。 模拟系统用许多模拟器件实现, 数字系统则通过运算方法实现。 如果读者对本章关于时域离散信号与系统的若干基本概念不清楚, 则学到数字滤波器时, 会感到“数字信号处理”这门课不好掌握, 总觉得学习的不踏实。 因此学好本章是极其重要的。,1.1.1 学习要点(1) 信号: 模拟信号、 时域离散信号、 数字信号三者之间的区别; 常用的时域离散信号; 如何判断信号是周期性的, 其周期如何计算等。 (2) 系统: 什么是系统的线性、 时不变性以及因果性、 稳定性; 线性、 时不变系统输入和输出之 间的关系; 求解线性卷积的图解法(列表法)、 解析法, 以及用MATLAB工具箱函数求解; 线性常系数差分方程的递推解法。(3) 模拟信号的采样与恢复: 采样定理; 采样前的模拟信号和采样后得到的采样信号之间的频谱关系; 如何由采样信号恢复成原来的模拟信号; 实际中如何将时域离散信号恢复成模拟信号。,1.1.2 重要公式(1),这是一个线性卷积公式, 注意公式中是在-∞~∞之间对m求和。 如果公式中x(n)和h(n)分别是系统的输入和单位脉冲响应, y(n)是系统输出, 则该式说明系统的输入、 输出和单位脉冲响应之间服从线性卷积关系。,(2) x(n)=x(n)*δ(n)该式说明任何序列与δ(n)的线性卷积等于原序列。 x(n-n0)=x(n)*δ(n-n0) (3),这是关于采样定理的重要公式, 根据该公式要求对信号的采样频率要大于等于该信号的最高频率的两倍以上, 才能得到不失真的采样信号。,这是由时域离散信号理想恢复模拟信号的插值公式。,,1.2 解线性卷积的方法解线性卷积是数字信号处理中的重要运算。 解线性卷积有三种方法, 即图解法(列表法)、 解析法和在计算机上用MATLAB语言求解。 它们各有特点。 图解法(列表法)适合于简单情况, 短序列的线性卷积, 因此考试中常用, 不容易得到封闭解。 解析法适合于用公式表示序列的线性卷积, 得到的是封闭解, 考试中会出现简单情况的解析法求解。 解析法求解过程中, 关键问题是确定求和限, 求和限可以借助于画图确定。 第三种方法适合于用计算机求解一些复杂的较难的线性卷积, 实验中常用。,解线性卷积也可用Z变换法, 以及离散傅里叶变换求解, 这是后面几章的内容。 下面通过例题说明。 设x(n)=R4(n), h(n)=R4(n), 求y(n)=x(n)*h(n)。该题是两个短序列的线性卷积, 可以用图解法(列表法)或者解析法求解。 表1.2.1给出了图解法(列表法), 用公式可表示为y(n)={…, 0, 0, 1, 2, 3, 4, 3, 2, 1, 0, 0, …},下面用解析法求解, 写出卷积公式为,在该例题中, R4(m)的非零区间为0≤m≤3, R4(n-m)的非零区间为0≤n-m≤3, 或写成n-3≤m≤n, 这样y(n)的非零区间要求m同时满足下面两个不等式: 0≤m≤3m-3≤m≤n上面公式表明m的取值和n的取值有关, 需要将n作分段的假设。 按照上式, 当n变化时, m应该按下式取值:,max{0, n-3}≤m≤min{3, n} 当0≤n≤3时, 下限应该是0, 上限应该是n; 当4≤n≤6时, 下限应该是n-3, 上限应该是3; 当n6时, 上面的不等式不成立, 因此y(n)=0; 这样将n分成三种情况 计算:(1) n6时, y(n)=0(2) 0≤n≤3时,,(3) 4≤n≤6时,,将y(n)写成一个表达式, 如下式: y(n)=,0≤n≤3 4≤n≤6 其它,在封闭式求解过程中, 有时候决定求和的上下限有些麻烦, 可借助于非零值区间的示意图确定求和限。 在该例题中, 非零值区间的示意图如图1.2.1所示。 在图1.2.1(b)中, 当n0时, 图形向左移动, 图形不可能和图1.2.1(a)的图形有重叠部分, 因此y(n)=0。 当图形向右移动时, 0≤n≤3, 图形如图1.2.1(c)所示, 对照图1.2.1(a), 重叠部分的上下限自然是0≤m≤n。 当图形再向右移动时, 4≤n≤6, 如图1.2.1(d)所示, 重叠部分的上下限是n-3≤m≤3。 当图形再向右移动时, 7≤n, 图形不可能和图1.2.1(a)有重叠部分, 因此y(n)=0。,,1.3 例 题[例1.3.1] 线性时不变系统的单位脉冲响应用h(n)表示, 输入x(n)是以N为周期的周期序列, 试证明输出y(n)亦是以N为周期的周期序列。 证明: 因为输入x(n)是以N为周期的周期序列, 因此x(n+kN-m)=x(n-m) 将上式代入(1)式, 得到上式说明y(n)也是以N为周期的周期序列。,[例1.3.2] 线性时不变系统的单位脉冲响应h(n)为 h(n)=a-nu(-n) 计算该系统的单位阶跃响应。  解 用s(n)表示系统的单位阶跃响应, 则,按照上式, s(n)的非零区间可由下面两个不等式确定:m≤0 及 m≤n(1) n≤0时,,(2) n0 时,,最后得到,[例1.3.3] 设时域离散线性时不变系统的单位脉冲响应h(n)和输入激励信号x(n) 分别为,x(n)=cos(πn)u(n) 求系统的稳态响应y(n)。 解 x(n)=cos(πn)u(n)=(-1)nu(n),当n→∞时, 稳态解为,[例1.3.4] 假设5项滑动平均滤波器的差分方程为y(n)= [x(n)+x(n-1)+x(n-2)+x(n-3)+x(n-4)]输入信号用图1.3.1表示, 画出该滤波器输出的前16个序列值的波形, 并说明该滤波器对输入信号起什么作用。,图1.3.1,解: 已知系统的差分方程和输入信号求系统输出, 可以用递推法求解, 这里采用MATLAB函数filter 计算。 调用MATLAB函数filter计算该系统的系统响应的程exp134.m如下: %程序exp134.m%调用conv实现5项滑动平均滤波xn=0.5*ones(1, 15); xn(4)=1; xn(6)=1; xn(10)=1; hn=ones(1, 5); yn=conv(hn, xn);,%以下为绘图部分n=0: length(yn)-1; subplot(2, 1, 1); stem(n, yn, ′.′)xlabel(′n′); ylabel(′y(n)′)程序运行结果如图1.3.2所示。 由图形可以看出, 5项滑动平均滤波器对输入波形起平滑滤波作用, 将信号的第4、 8、 12、 16的序列值平滑去掉。,图1.3.2,[例1.3.5]已知x1(n)=δ(n)+3δ(n-1)+2δ(n-2),x2(n)=u(n)-u(n-3), 试求信号x(n), 它满足x(n)=x1(n)*x2(n), 并画出x(n)的波形。 解: 这是一个简单的计算线性卷积的题目。 x(n)=x1(n)*x2(n)=[δ(n)+3δ(n-1)+2δ(n-2)]*[u(n)-u(n-3)]=[δ(n)+3δ(n-1)+2δ(n-2)]*R3(n)=R3(n)+3R3(n-1)+2R3(n-2)=δ(n)+4δ(n-1)+6δ(n-2)+5δ(n-3)+2δ(n-4) 画出x(n)的波形如图1.3.3所示。,,图1.3.3,[例1.3.6] 已知离散信号x(n)如图1.3.4(a)所示, 试求y(n)=x(2n)*x(n), 并绘出y(n)的波形。 (选自西安交通大学2001年攻读硕士学位研究生入学考试试题)解: 这也是一个计算线性卷积的题目, 只不过要先求出x(2n)。 解该题适合用列表法(图解法)。 x(2n)={1, 1, 1, 0.5}y(n)=x(2n)*x(n)={1, 2, 3, 3, 3, 3, 2.75, 2, 1, 0.25} 绘出y(n)的波形如图1.3.4(b)所示。,图1.3.4,,1.4 习题与上机题解答1. 用单位脉冲序列δ(n)及其加权和表示题1图所示的序列。,题1图,解: x(n)=δ(n+4)+2δ(n+2)-δ(n+1)+2δ(n)+δ(n-1) +2δ(n-2)+4δ(n-3)+0.5δ(n-4)+2δ(n-6) 2. 给定信号: 2n+5 -4≤n≤-1 6 0≤n≤4 0 其它 (1) 画出x(n)序列的波形, 标上各序列值;  (2) 试用延迟的单位脉冲序列及其加权和表示x(n)序列;,,,(x(n)=,(3) 令x1(n)=2x(n-2), 试画出x1(n)波形; (4) 令x2(n)=2x(n+2), 试画出x2(n)波形; (5) 令x3(n)=x(2-n), 试画出x3(n)波形。 解: (1) x(n)序列的波形如题2解图(一)所示。(2) x(n)=-3δ(n+4)-δ(n+3)+δ(n+2)+3δ(n+1)+6δ(n)+6δ(n-1)+6δ(n-2)+6δ(n-3)+6δ(n-4),(3) x1(n)的波形是x(n)的波形右移2位, 再乘以2, 画出图形如题2解图(二)所示。 (4) x2(n)的波形是x(n)的波形左移2位, 再乘以2, 画出图形如题2解图(三)所示。 (5) 画x3(n)时, 先画x(-n)的波形(即将x(n)的波形以纵轴为中心翻转180°), 然后再右移2位, x3(n)波形如题2解图(四)所示。,题2解图(一),题2解图(二),,题2解图(三),题2解图(四),3. 判断下面的序列是否是周期的; 若是周期的, 确定其周期。 ,(1),(2),解: (1) 因为ω= π, 所以 , 这是有理数, 因此是周期序列, 周期T=14。(2) 因为ω= , 所以 =16π, 这是无理数, 因此是非周期序列。,4. 对题1图给出的x(n)要求:  (1) 画出x(-n)的波形;  (2) 计算xe(n)= [x(n)+x(-n)], 并画出xe(n)波形; (3) 计算xo(n)= [x(n)-x(-n)], 并画出xo(n)波形;  (4) 令x1(n)=xe(n)+xo(n), 将x1(n)与x(n)进行比较, 你能得到什么结论?,解:(1) x(-n)的波形如题4解图(一)所示。(2) 将x(n)与x(-n)的波形对应相加, 再除以2, 得到xe(n)。 毫无疑问, 这是一个偶对称序列。 xe(n)的波形如题4解图(二)所示。 (3) 画出xo(n)的波形如题4解图(三)所示。,,题4解图(一),题4解图(二),题4解图(三),(4) 很容易证明: x(n)=x1(n)=xe(n)+xo(n)上面等式说明实序列可以分解成偶对称序列和奇对称序列。 偶对称序列可以用题中(2)的公式计算, 奇对称序列可以用题中(3)的公式计算。 5. 设系统分别用下面的差分方程描述, x(n)与y(n)分别表示系统输入和输出, 判断系统是否是线性非时变的。(1)y(n)=x(n)+2x(n-1)+3x(n-2)(2)y(n)=2x(n)+3(3)y(n)=x(n-n0) n0为整常数(4)y(n)=x(-n),(5)y(n)=x2(n)(6)y(n)=x(n2)(7)y(n)= (8)y(n)=x(n)sin(ωn)解: (1) 令输入为x(n-n0) 输出为y′(n)=x(n-n0)+2x(n-n0-1)+3x(n-n0-2)y(n-n0)=x(n-n0)+2x(n—n0—1)+3(n-n0-2)=y′(n),故该系统是非时变系统。 因为y(n)=T[ax1(n)+bx2(n)]=ax1(n)+bx2(n)+2[ax1(n-1)+bx2(n-1)]+3[ax1(n-2)+bx2(n-2)]T[ax1(n)]=ax1(n)+2ax1(n-1)+3ax1(n-2)T[bx2(n)]=bx2(n)+2bx2(n-1)+3bx2(n-2) 所以T[ax1(n)+bx2(n)]=aT[x1(n)]+bT[x2(n)] 故该系统是线性系统。,(2) 令输入为x(n-n0) 输出为y′(n)=2x(n-n0)+3y(n-n0)=2x(n-n0)+3=y′(n) 故该系统是非时变的。 由于T[ax1(n)+bx2(n)]=2ax1(n)+2bx2(n)+3T[ax1(n)]=2ax1(n)+3T[bx2(n)]=2bx2(n)+3T[ax1(n)+bx2(n)]≠aT[x1(n)]+bT[x2(n)] 故该系统是非线性系统。,(3) 这是一个延时器, 延时器是线性非时变系统, 下面证明。 令输入为x(n-n1) 输出为y′(n)=x(n-n1-n0)y(n-n1)=x(n-n1-n0)=y′(n) 故延时器是非时变系统。 由于T[ax1(n)+bx2(n)]=ax1(n-n0)+bx2(n-n0)=aT[x1(n)]+bT[x2(n)] 故延时器是线性系统。,(4) y(n)=x(-n)令输入为x(n-n0) 输出为y′(n)=x(-n+n0)y(n-n0)=x(-n+n0)=y′(n) 因此系统是线性系统。 由于T[ax1(n)+bx2(n)]=ax1(-n)+bx2(-n)=aT[x1(n)]+bT[x2(n)] 因此系统是非时变系统。,(5) y(n)=x2(n)令输入为x(n-n0)输出为y′(n)=x2(n-n0)y(n-n0)=x2(n-n0)=y′(n) 故系统是非时变系统。 由于T[ax1(n)+bx2(n)]=[ax1(n)+bx2(n)]2≠aT[x1(n)]+bT[x2(n)]=ax21(n)+bx22(n) 因此系统是非线性系统。,(6) y(n)=x(n2)令输入为x(n-n0) 输出为y′(n)=x((n-n0)2)y(n-n0)=x((n-n0)2)=y′(n) 故系统是非时变系统。 由于T[ax1(n)+bx2(n)]=ax1(n2)+bx2(n2)=aT[x1(n)]+bT[x2(n)] 故系统是线性系统。,(7) y(n)= x(m)令输入为x(n-n0)输出为y′(n)= =0[DD)]x(m-n0)y(n-n0)= x(m)≠y′(n) 故系统是时变系统。 由于T[ax1(n)+bx2(n)]= [ax1(m)+bx2(m)]=aT[x1(n)]+bT[x2(n)] 故系统是线性系统。,(8) y(n)=x(n) sin(ωn)令输入为x(n-n0)输出为y′(n)=x(n-n0) sin(ωn)y(n-n0)=x(n-n0) sin[ω(n-n0)]≠y′(n) 故系统不是非时变系统。 由于T[ax1(n)+bx2(n)]=ax1(n) sin(ωn)+bx2(n) sin(ωn)=aT[x1(n)]+bT[x2(n)] 故系统是线性系统。,6. 给定下述系统的差分方程, 试判定系统是否是因果稳定系统, 并说明理由。 (1) y(n)= x(n-k)(2) y(n)=x(n)+x(n+1)(3) y(n)= x(k)(4) y(n)=x(n-n0)(5) y(n)=ex(n),解:(1)只要N≥1, 该系统就是因果系统, 因为输出只与n时刻的和n时刻以前的输入有关。 如果|x(n)|≤M, 则|y(n)|≤M, 因此系统是稳定系统。 (2) 该系统是非因果系统, 因为n时间的输出还和n时间以后((n+1)时间)的输入有关。如果|x(n)|≤M, 则|y(n)|≤|x(n)|+|x(n+1)|≤2M, 因此系统是稳定系统。 (3) 如果|x(n)|≤M, 则|y(n)|≤ |x(k)|≤|2n0+1|M, 因此系统是稳定的; 假设n00, 系统是非因果的, 因为输出还和x(n)的将来值有关。,(4)假设n00, 系统是因果系统, 因为n时刻输出只和n时刻以后的输入有关。 如果|x(n)|≤M, 则|y(n)|≤M, 因此系统是稳定的。(5) 系统是因果系统, 因为系统的输出不取决于x(n)的未来值。 如果|x(n)|≤M, 则|y(n)|=|ex(n)|≤e|x(n)|≤eM, 因此系统是稳定的。7. 设线性时不变系统的单位脉冲响应h(n)和输入序列x(n)如题7图所示, 要求画出y(n)输出的波形。解: 解法(一)采用列表法。y(n)=x(n)*h(n)= x(m)h(n-m),题7图,y(n)={-2,-1,-0.5, 2, 1, 4.5, 2, 1; n=-2, -1, 0, 1, 2, 3, 4, 5},解法(二) 采用解析法。 按照题7图写出x(n)和h(n)的表达式分别为x(n)=-δ(n+2)+δ(n-1)+2δ(n-3)h(n)=2δ(n)+δ(n-1)+ δ(n-2) 由于x(n)*δ(n)=x(n)x(n)*Aδ(n-k)=Ax(n-k) 故,y(n)=x(n)*h(n) =x(n)*[2δ(n)+δ(n-1)+ δ(n-2)]=2x(n)+x(n-1)+ x(n-2) 将x(n)的表示式代入上式, 得到y(n)=-2δ(n+2)-δ(n+1)-0.5δ(n)+2δ(n-1)+δ(n-2)+4.5δ(n-3)+2δ(n-4)+δ(n-5),8. 设线性时不变系统的单位脉冲响应h(n)和输入x(n)分别有以下三种情况, 分别求出输出y(n)。 (1) h(n)=R4(n), x(n)=R5(n)(2) h(n)=2R4(n), x(n)=δ(n)-δ(n-2)(3) h(n)=0.5nu(n), xn=R5(n)解: (1) y(n)=x(n)*h(n)= R4(m)R5(n-m)先确定求和域。 由R4(m)和R5(n-m)确定y(n)对于m的 非零区间如下:0≤m≤3-4≤m≤n,根据非零区间, 将n分成四种情况求解:  ① n7时, y(n)=0,最后结果为 0 n7 n+1 0≤n≤3 8-n 4≤n≤7 y(n)的波形如题8解图(一)所示。  (2) y(n) =2R4(n)*[δ(n)-δ(n-2)]=2R4(n)-2R4(n-2) =2[δ(n)+δ(n-1)-δ(n+4)-δ(n+5)] y(n)的波形如题8解图(二)所示,,y(n)=,题8解图(一),题8解图(二),(3) y(n)=x(n)*h(n)= R5(m)0.5n-mu(n-m)=0.5n R5(m)0.5-mu(n-m)y(n)对于m 的非零区间为 0≤m≤4, m≤n① n0时, y(n)=0② 0≤n≤4时,,=-(1-0.5-n-1)0.5n=2-0.5n,③ n≥5时,最后写成统一表达式:y(n)=(2-0.5n)R5(n)+31×0.5nu(n-5),9. 证明线性卷积服从交换律、 结合律和分配律, 即证明下面等式成立: (1) x(n)*h(n)=h(n)*x(n)(2) x(n)*(h1(n)*h2(n))=(x(n)*h1(n))*h2(n)(3) x(n)*(h1(n)+h2(n))=x(n)*h1(n)+x(n)*h2(n)证明: (1) 因为令m′=n-m, 则,,,(2) 利用上面已证明的结果, 得到,交换求和号的次序, 得到,,,,,10. 设系统的单位脉冲响应h(n)=(3/8)0.5nu(n), 系统的输入x(n)是一些观测数据, 设x(n)={x0, x1, x2, …, xk, …}, 试利用递推法求系统的输出y(n)。 递推时设系统初始状态为零状态。,解:,,n=0时,,n≥0,,n=1时,,,,n=2时,,最后得到,,11. 设系统由下面差分方程描述:,,设系统是因果的, 利用递推法求系统的单位脉冲响应。,解: 令x(n)=δ(n), 则,,n=0时,,,n=1时,,,n=2时,,,n=3时,,,归纳起来, 结果为,,12. 设系统用一阶差分方程y(n)=ay(n-1)+x(n)描述, 初始条件y(-1)=0, 试分析该系统是否是线性非时变系统。 解: 分析的方法是让系统输入分别为δ(n)、 δ(n-1)、 δ(n)+δ(n-1)时, 求它的输出, 再检查是否满足线性叠加原理和非时变性。 (1) 令x(n)=δ(n), 这时系统的输出用y1(n)表示。,,该情况在教材例1.4.1 中已求出, 系统的输出为y1(n)=anu(n),(2) 令x(n)=δ(n-1), 这时系统的输出用y2(n)表示。,,n=0时,,,n=1时,,,n=2时,,,,任意 n 时,,最后得到,(3) 令x(n)=δ(n)+δ(n-1), 系统的输出用y3(n)表示。,,n=0时,,n=1时,,,n=2时,,n=3时,,任意 n 时,,,,最后得到,,由(1)和(2)得到y1(n)=T[δ(n)], y2(n)=T[δ(n-1)]y1(n)=y2(n-1) 因此可断言这是一个时不变系统。 情况(3)的输入信号是情况(1)和情况(2)输入信号的相加信号, 因此y3(n)=T[δ(n)+δ(n-1)]。 观察y1(n)、 y2(n)、 y3(n), 得到y3(n)=y1(n)+y2(n), 因此该系统是线性系统。 最后得到结论: 用差分方程y(n)=ay(n-1)+x(n), 0a1描写的系统, 当初始条件为零时, 是一个线性时不变系统。,13. 有一连续信号xa(t)=cos(2πft+j), 式中, f=20 Hz, j=π/2。(1) 求出xa(t)的周期;(2) 用采样间隔T=0.02 s对xa(t)进行采样, 试写出采样信号 的表达式;(3) 画出对应 的时域离散信号(序列)x(n)的波形, 并求出x(n)的周期。 解: (1) xa(t)的周期为,,,,(2),(3) x(n)的数字频率ω=0.8π, 故 , 因而周期N=5, 所以x(n)=cos(0.8πn+π/2) 画出其波形如题13解图所示。,,题13解图,14. 已知滑动平均滤波器的差分方程为,,(1) 求出该滤波器的单位脉冲响应;(2) 如果输入信号波形如前面例1.3.4的图1.3.1所示, 试求出y(n)并画出它的波形。解: (1) 将题中差分方程中的x(n)用δ(n)代替, 得到该滤波器的单位脉冲响应, 即,,(2) 已知输入信号, 用卷积法求输出。 输出信号y(n)为,,表1.4.1表示了用列表法解卷积的过程。 计算时, 表中x(k)不动, h(k)反转后变成h(-k), h(n-k)则随着n的加大向右滑动, 每滑动一次, 将h(n-k)和x(k)对应相乘, 再相加和平均, 得到相应的y(n)。 “滑动平均”清楚地表明了这种计算过程。 最后得到的输出波形如前面图1.3.2所示。 该图清楚地说明滑动平均滤波器可以消除信号中的快速变化, 使波形变化缓慢。,15*. 已知系统的差分方程和输入信号分别为,,,用递推法计算系统的零状态响应。 解: 求解程序ex115.m如下: %程序ex115.m% 调用filter解差分方程y(n)+0.5y(n-1)=x(n)+2x(n-2)xn=[1, 2, 3, 4, 2, 1, zeros(1, 10)]; %x(n)=单位脉冲序列, 长度N=31B=[1, 0, 2]; A=[1, 0.5]; %差分方程系数,yn=filter(B, A, xn) %调用filter解差分方程, 求系统输出信号y(n)n=0: length(yn)-1; subplot(3, 2, 1); stem(n, yn, ′.′) ; axis([1, 15, -2, 8])title(′系统的零状态响应 ′); xlabel(′n′); ylabel(′y(n)′) 程序运行结果:,yn =[1.0000 1.5000 4.2500 5.8750 5.0625 6.4688 0.7656 1.6172 -0.8086 0.4043 -0.2021 0.1011 -0.0505 0.0253 -0.0126 0.0063 -0.0032 0.0016 -0.0008 0.0004 -0.0002 0.0001 -0.0000 0.0000 -0.0000 0.0000] 程序运行结果的y(n)波形图如题15*解图所示。,题15*解图,16*. 已知两个系统的差分方程分别为 (1)y(n)=0.6y(n-1)-0.08y(n-2)+x(n) (2)y(n)=0.7y(n-1)-0.1y(n-2)+2x(n)-x(n-2) 分别求出所描述的系统的单位脉冲响应和单位阶跃响应。 解: (1) 系统差分方程的系数向量为 B1=1, A1=[1, -0.6, 0.08] (2) 系统差分方程的系数向量为 B2=[2, 0, -1], A2=[1, -0.7, 0.1],调用MATLAB函数filter计算两个系统的系统的单位脉冲响应和单位阶跃响应的程序ex116.m如下: %程序ex116.mB1=1; A1=[1,-0.6, 0.08]; %设差分方程(1)系数向量B2=[2, 0, -1]; A2=[1,-0.7, 0.1]; %设差分方程(2)系数向量%===================================%系统1xn=[1, zeros(1, 30)]; %xn=单位脉冲序列, 长度N=31xi=filtic(B1, A1, ys); %由初始条件计算等效初始条件输入序列xi,hn1=filter(B1, A1, xn, xi); %调用filter解差分方程, 求系统输出信号hn1n=0: length(hn1)-1; subplot(3, 2, 1); stem(n, hn1, ′.′)title(′(a) 系统1的系统单位脉冲响应′); xlabel(′n′); ylabel(′h(n)′)xn=ones(1, 30); %xn=单位阶跃序列, 长度N=31sn1=filter(B1, A1, xn, xi); %调用filter解差分方程, 求系统输出信号sn1n=0: length(sn1)-1; subplot(3, 2, 2); stem(n, sn1, ′.′),itle(′(b) 系统1的单位阶跃响应′); xlabel(′n′); ylabel(′s(n)′)%======================================%系统2xn=[1, zeros(1, 30)]; %xn=单位脉冲序列, 长度N=31xi=filtic(B2, A2, ys); %由初始条件计算等效初始条件输入序列xihn2=filter(B2, A2, xn, xi); %调用filter解差分方程, 求系统输出信号hn2n=0: length(hn2)-1; subplot(3, 2, 5); stem(n, hn2, ′.′),title(′(a) 系统2的系统单位脉冲响应′);xlabel(′n′); ylabel(′h(n)′)xn=ones(1, 30); %xn=单位阶跃序列, 长度N=31sn2=filter(B2, A2, xn, xi); %调用filter解差分方程, 求系统输出信号sn2n=0: length(sn2)-1; subplot(3, 2, 6); stem(n, sn2, ′.′)title(′(b) 系统2的单位阶跃响应′); xlabel(′n′);ylabel(′s(n)′)程序运行结果如题16*解图所示。,题16*解图,17*. 已知系统的差分方程为y(n)=-a1y(n-1)-a2y(n-2)+bx(n) 其中, a1=-0.8, a2=0.64, b=0.866。(1) 编写求解系统单位脉冲响应h(n)(0≤n≤49)的程序, 并画出h(n)(0≤n≤49);(2) 编写求解系统零状态单位阶跃响应s(n)(0≤n≤100)的程序, 并画出s(n)(0≤n≤100)。,解: 调用MATLAB函数filter计算该系统的系统响应的程序ex117.m如下: %程序ex117.m%调用filter解差分方程, 求系统单位脉冲响应和单位阶跃响应B=0.866; A=[1, -0.8, 0.64];%差分方程系数向量%======================================%(1)求解系统单位脉冲响应, 并画出h(n) xn=[1, zeros(1, 48)];%xn=单位脉冲序列, 长度N=31,hn=filter(B1, A1, xn); %调用filter解差分方程, 求系统输出信号hn n=0: length(hn)-1;  subplot(3, 2, 1); stem(n, hn, ′.′) title(′(a) 系统的单位脉冲响应′); xlabel(′n′); ylabel(′h(n)′) %====================================== %(2)求解系统单位阶跃响应, 并画出h(n)  xn=ones(1, 100); %xn=单位阶跃序列, 长度N=100,,sn=filter(B, A, xn); %调用filter解差分方程, 求系统单位阶跃响应snn=0: length(sn)-1; subplot(3, 2, 2); stem(n, sn, ′.′); axis([0, 30, 0, 2])title(′(b) 系统的单位阶跃响应′); xlabel(′n′);ylabel(′s(n)′)%================================程序运行结果如题17*解图所示。,题17*解图,18*. 在题18*图中, 有四个分系统T1、 T2、 T3和T4, 四个分系统分别用下面的单位脉冲响应或者差分方程描述:,,,题18*图,,,编写程序计算整个系统的单位脉冲响应h(n), 0≤n≤99。,解: 由题18*图可知, 可以采用以下步骤计算整个系统的单位脉冲响应h(n)。 设x(n)=δ(n), 则v(n)=[h1(n)*h2(n)+h3(n)] 该式调用conv函数计算。 h(n)=T4[v(n)] 该式调用filter函数计算。 调用MATLAB函数conv和filter计算该系统的系统响应的程序ex118.m如下:,%程序ex118.m%调用conv和filter求总系统单位脉冲响应序列h1n=[1, 1/2, 1/4, 1/8, 1/16, 1/32]; %对h1n赋值 h2n=ones(1, 6); h3n=[1/4, 1/2, 1/4, zeros(1, 97)]; %计算v(n)=h1(n)*h2(n)+h3(n)h12n=conv(h1n, h2n); h12n=[h12n, zeros(1, 89)]; vn=h12n++h3n;,%调用filer计算hn等于T4对vn响应B4=[1, 1]; A4=[1, -0.9, 0.81]; hn=filter(B4, A4, vn); %以下为绘图部分n=0: length(hn)-1; subplot(2, 1, 1); stem(n, hn, ′.′)xlabel(′n′); ylabel(′h(n)′)程序运行结果如题18*解图所示。,题18*解图,,
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