縮短卷積碼MATLAB仿真實(shí)訓(xùn)實(shí)習(xí)報(bào)告

（一）摘要

現(xiàn)代通信系統(tǒng)的信道編碼中幾乎毫無(wú)例外的采用了先進(jìn)的編碼方式：卷積編碼,如：碼分多址通信系統(tǒng)CDMA，數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)GSM，數(shù)字集群通信系統(tǒng)TETRA等等,在差錯(cuò)控制中，卷積碼表現(xiàn)出了優(yōu)秀的糾錯(cuò)能力。但是優(yōu)秀的糾錯(cuò)能力是以降低頻道利用率為代價(jià)。在功能完備的通信系統(tǒng)中有許多使命不同的邏輯信道.不同的邏輯信道因?yàn)槿蝿?wù)不同，對(duì)應(yīng)的差錯(cuò)控制能力與頻道利用率的要求是不一樣的，有兩種實(shí)現(xiàn)的方法：構(gòu)建不同的卷積碼或者應(yīng)用同一個(gè)卷積碼但是運(yùn)用不同的縮短方案以適應(yīng)不同的傳輸數(shù)碼率，自然也有著相應(yīng)的糾錯(cuò)能力和頻帶利用率。在先進(jìn)的數(shù)字集群系統(tǒng)中就是用的第二種方案，實(shí)踐證明，刪除型縮短卷積碼的性能與最好的卷積碼可以做到相當(dāng)接近。

關(guān)鍵詞：信道編碼、縮短卷積碼、糾錯(cuò)能力

（二）縮短卷積碼基本原理

本實(shí)訓(xùn)目的是要構(gòu)建一個(gè)具有卷積、解卷積和打孔、插零功能以及相應(yīng)的傳輸環(huán)境的仿真系統(tǒng)來(lái)對(duì)各類(lèi)卷積碼進(jìn)行縮短卷積碼的仿真研究，得到相同頻帶利用率下不同打孔圖形的差錯(cuò)控制能力定量結(jié)果。

用相同的生成多項(xiàng)式構(gòu)建的維特比譯碼器和不同的壓縮圖形卷積碼都可以在原打孔圖形位置上嵌入填充的碼元后進(jìn)行譯碼。仿真采用具有縮短卷積碼和調(diào)制功能的仿真系統(tǒng)，用BernoulliRandomBinary產(chǎn)生每幀2碼元的隨機(jī)二進(jìn)制碼，進(jìn)入卷積編碼器后變成每幀6碼元的二進(jìn)制碼流，再經(jīng)過(guò)Puncture（打孔）模塊后，變?yōu)閯h去選擇碼元后剩下的碼元數(shù)，在調(diào)制和解調(diào)過(guò)程中，數(shù)據(jù)幀的大小不變，通過(guò)InsertZero（插零）模塊在原來(lái)刪去碼元的位置插入碼元0，解卷積，恢復(fù)每幀2碼元。

Puncture模塊中的打孔矢量應(yīng)與輸入信號(hào)具有相同的幀長(zhǎng)度，而且要與InsertZero模塊中的插零矢量相同，矢量（vector）中的0就是打掉馬遠(yuǎn)的位置，也是在解卷積之前插入0的位置，1是保留碼元的位置，而矢量的長(zhǎng)度與0的數(shù)目以及卷積碼的結(jié)構(gòu)共同決定了編碼效率。

信號(hào)發(fā)生器的每幀取樣設(shè)定為2，通過(guò)卷積編碼器以后就是2進(jìn)6出，假設(shè)通過(guò)打孔以后六個(gè)碼元剩下的碼元數(shù)位N，則編碼效率R為：

R=（1/3）×(6/N)

（三）縮短卷積碼系統(tǒng)仿真

1.縮短卷積碼的MATLAB仿真

2.不同編碼效率下的參數(shù)設(shè)置

R=1/3

R=2/5

R=1/

R=2/3

R=

3.系統(tǒng)仿真m文件

4.不同的編碼效率的誤碼率曲線(xiàn)圖

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MATLAB語(yǔ)言編程實(shí)訓(xùn)報(bào)告

題目MATLAB在信號(hào)與系統(tǒng)中的應(yīng)用

年級(jí)201*專(zhuān)業(yè)電子信息工程常熟理工學(xué)院實(shí)訓(xùn)報(bào)告

目錄

第一章緒論.................................................................2

1.1本設(shè)計(jì)課題目的及意義，重點(diǎn)解決的問(wèn)題................................2

1.1.1MATLAB在信號(hào)與系統(tǒng)中應(yīng)用的目的及意義..........................21.1.2重點(diǎn)解決的問(wèn)題.................................................21.2課題的社會(huì)和技術(shù)背景................................................21.3實(shí)現(xiàn)的具體功能......................................................3第二章課題的基本概念和原理.................................................4

2.1MATLAB的概念........................................................42.2信號(hào)與系統(tǒng)的概念....................................................42.3信號(hào)與系統(tǒng)分析的基本內(nèi)容與方法.....................................52.4離散系統(tǒng)的基本概念..................................................62.5連續(xù)系統(tǒng)模型及表示...................................................6第三章系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn).......................................................7

3.1采用的軟件及開(kāi)發(fā)平臺(tái).................................................7

3.1.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件...................................................73.1.2開(kāi)發(fā)平臺(tái)和編程環(huán)境.............................................73.2系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì).......................................................8

3.2.1建模...........................................................83.2.2解決方法.......................................................93.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)的亮點(diǎn).......................................................9第四章結(jié)束語(yǔ)..............................................................10參考文獻(xiàn)...................................................................11

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第一章緒論

1.1本設(shè)計(jì)課題目的及意義，重點(diǎn)解決的問(wèn)題

1.1.1MATLAB在信號(hào)與系統(tǒng)中應(yīng)用的目的及意義

MATLAB在信號(hào)與系統(tǒng)中應(yīng)用能夠讓學(xué)生熟悉MATLAB軟件平臺(tái)、工具箱、高效的

數(shù)值計(jì)算及符號(hào)計(jì)算功能。熟悉MATLAB軟件的信號(hào)處理編程方法和結(jié)果的可視化。了解數(shù)字信號(hào)處理的計(jì)算機(jī)仿真方法。進(jìn)一步加深對(duì)信號(hào)與系統(tǒng)的基本原理、方法及應(yīng)用的理解。

MATLAB軟件具有強(qiáng)大的數(shù)值分析和計(jì)算結(jié)果可視化的功能.運(yùn)用MATLAB軟件,

通過(guò)一個(gè)應(yīng)用實(shí)例,將信號(hào)與系統(tǒng)課程的理論與實(shí)踐教學(xué)有機(jī)地結(jié)合,有效地解決了教學(xué)中的難點(diǎn)問(wèn)題,說(shuō)明了MATLAB軟件在信號(hào)與系統(tǒng)課程的實(shí)踐教學(xué)中具有重要的實(shí)際意義

1.1.2重點(diǎn)解決的問(wèn)題

matlab的基本使用方法，matlab的預(yù)定義函數(shù)，如何用matlab繪圖，如何在

matlab中編程，基于matlab的矩陣運(yùn)算、符號(hào)運(yùn)算、數(shù)值分析等。

1.2課題的社會(huì)和技術(shù)背景

長(zhǎng)期以來(lái)，“信號(hào)與系統(tǒng)”課程一直采用黑板式的單一的教學(xué)方式，學(xué)生僅依靠做習(xí)題來(lái)鞏固和理解教學(xué)內(nèi)容，對(duì)課程中大量的應(yīng)用性較強(qiáng)的內(nèi)容不能實(shí)際動(dòng)手設(shè)計(jì)、調(diào)試、分析，嚴(yán)重影響和制約了教學(xué)效果。由于黑板式教學(xué)，課程中大量信號(hào)分析結(jié)果缺乏可視化的直觀表現(xiàn)，學(xué)生自己設(shè)計(jì)的系統(tǒng)也不能直觀的得到系統(tǒng)特性的可視化測(cè)試結(jié)果，學(xué)生將大量的精力和時(shí)間用于繁雜的手工教學(xué)運(yùn)算，而未理解所得結(jié)果在信號(hào)處理中的實(shí)際應(yīng)用。因此，該課程迫切需要進(jìn)行教學(xué)方法和手段的改革，即在改進(jìn)教學(xué)方法和調(diào)整教學(xué)內(nèi)容的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)環(huán)境中，以計(jì)算機(jī)為輔助教學(xué)手段，用信號(hào)分析的軟件幫助學(xué)生完成數(shù)值計(jì)算、信號(hào)與系統(tǒng)分析的可視化建模即仿真調(diào)試，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)獲取知識(shí)和獨(dú)立解決問(wèn)題的能力，為學(xué)習(xí)后繼專(zhuān)業(yè)課打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

國(guó)際上公認(rèn)的優(yōu)秀科技應(yīng)用軟件MATLAB的出現(xiàn)給“信號(hào)與系統(tǒng)”課程的計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)帶來(lái)了福音，是利用計(jì)算機(jī)輔助學(xué)生完成“信號(hào)與系統(tǒng)”課程的數(shù)值計(jì)算、信號(hào)與系統(tǒng)分析的可視化建模即仿真調(diào)試成為可能。該軟件由公司于1984年推出，經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展和完善，目前已成為科技界最流行的應(yīng)用軟件。它的主要特點(diǎn)是：

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（1）高效的數(shù)值計(jì)算及符號(hào)計(jì)算功能，使用戶(hù)從繁雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算分析中解脫出來(lái)。（2）完善圖像處理功能，實(shí)現(xiàn)計(jì)算結(jié)果和編程的可視化。

（3）友好的用戶(hù)界面即接近數(shù)學(xué)表達(dá)式的自然化語(yǔ)言，使學(xué)著易于學(xué)習(xí)和掌握。（4）功能豐富的應(yīng)用工具箱（如信號(hào)處理工具箱），為用戶(hù)提供了大量方便實(shí)用的

處理工具。

MATLAB的上述特點(diǎn),使他深受工程技術(shù)人員及科技專(zhuān)家的歡迎，并很快成為應(yīng)用科計(jì)機(jī)輔助分析設(shè)計(jì)、仿真、教學(xué)等領(lǐng)域不可缺少的基礎(chǔ)軟件。目前，在國(guó)外高校，MATLAB已成為本科生、研究生必須掌握的基礎(chǔ)軟件，國(guó)內(nèi)一些理科院校也已經(jīng)或正把MATLAB作為學(xué)生必須掌握的一種軟件。

近年來(lái)國(guó)內(nèi)大專(zhuān)院校的計(jì)算機(jī)應(yīng)用環(huán)境和設(shè)備均有了較大的完善，許多學(xué)生家庭擁有個(gè)人計(jì)算機(jī)。這使得MATLAB應(yīng)用的硬件有了保證。同時(shí)MATLAB教學(xué)版的推出也大大促進(jìn)了MATLAB的推廣使用。

1.3實(shí)現(xiàn)的具體功能

自上而下的編程方法，不僅適用于編程，而且適用于我們做事。具體步驟為:首先對(duì)你所面臨的問(wèn)題進(jìn)行精確描述，即你遇到的到底是什么問(wèn)題。然后定義輸入輸出量，即我們的目的和現(xiàn)有的條件。之后設(shè)計(jì)算法，逐層分解，逐步求精，這是做事謀的一個(gè)過(guò)程，大部分人做事出錯(cuò)就在這個(gè)地方，懶得到逐層分解，逐步求精，總是妄想一步登天。再把算法轉(zhuǎn)化為matlab語(yǔ)言，這一步是踏踏實(shí)實(shí)做的過(guò)程，沒(méi)有這一步你什么也做不成。最后檢測(cè)程序，我們做的東西是否正確，不正確檢測(cè)錯(cuò)誤。這一步是需要耐心的，不要怕錯(cuò)誤，每一次檢測(cè)都會(huì)讓你提高。做事時(shí)，不要因一些錯(cuò)誤而停止不前。

該課題研究的是線(xiàn)性時(shí)不變系統(tǒng)的一般數(shù)學(xué)模型和求解方法。具體為描述一個(gè)二階線(xiàn)性時(shí)不變連續(xù)系統(tǒng)的微分方程，然后求出系統(tǒng)的零狀態(tài)響應(yīng)。

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第二章課題的基本概念和原理

2.1MATLAB的概念[1]

MATLAB為美國(guó)Mathworks公司1984年正式推出的一套高性能的數(shù)值分析和計(jì)算軟件，其功能不斷擴(kuò)充，版本不斷升級(jí)，1992年推出劃時(shí)代的4.0版，1993年推出了可以配合MicrosoftWindous使用的微機(jī)版，95年4.2版，97年5.0版，99年5.3版，5.X版無(wú)論是界面還是內(nèi)容都有長(zhǎng)足的進(jìn)展，其幫助信息采用超文本格式和PDF格式，可以方便的瀏覽。至201*年6月推出6.1版，201*年6月推出6.5版，繼而推出6.5.1版,201*年7月MATLAB7和Simulink6.0被推出，目前的最新版本為7.1版。

MATLAB將矩陣運(yùn)算、數(shù)值分析、圖形處理、編程技術(shù)結(jié)合在一起，為用戶(hù)提供了一個(gè)強(qiáng)有力的科學(xué)及工程問(wèn)題的分析計(jì)算和程序設(shè)計(jì)工具，它還提供了專(zhuān)業(yè)水平的符號(hào)計(jì)算、文字處理、可視化建模仿真和實(shí)時(shí)控制等功能，是具有全部語(yǔ)言功能和特征的新一代軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)。

MATLAB已發(fā)展成為適合眾多學(xué)科，多種工作平臺(tái)、功能強(qiáng)大的大型軟件。在歐美等國(guó)家的高校，MATLAB已成為線(xiàn)性代數(shù)、自動(dòng)控制理論、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、數(shù)字信號(hào)處理、時(shí)間序列分析、動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真等高級(jí)課程的基本教學(xué)工具。成為攻讀學(xué)位的本科、碩士、博士生必須掌握的基本技能。在設(shè)計(jì)研究單位和工業(yè)開(kāi)發(fā)部門(mén)，MATLAB被廣泛的應(yīng)用于研究和解決各種具體問(wèn)題。在中國(guó)，MATLAB也已日益受到重視，短時(shí)間內(nèi)就將盛行起來(lái)，因?yàn)闊o(wú)論哪個(gè)學(xué)科或工程領(lǐng)域都可以從MATLAB中找到合適的功能。

2.2信號(hào)與系統(tǒng)的概念[2]

信號(hào)(signal)的概念廣泛地出現(xiàn)在各個(gè)領(lǐng)域中，它以各種各樣的形式表現(xiàn)且攜帶著特定的信息。古戰(zhàn)場(chǎng)曾以擊鼓鳴金傳達(dá)前進(jìn)或撤退的命令，更以烽火作為信號(hào)傳遞敵人進(jìn)犯的緊急情況。近代，信號(hào)的利用更是涉及力、熱、聲、光、電等諸多方面。就其基本含義而言，信號(hào)是用來(lái)傳遞某種消息或信息的物理形式。

在通信技術(shù)中，通常把語(yǔ)言、文字、圖像或數(shù)據(jù)等統(tǒng)稱(chēng)為消息(message)，信號(hào)是消息的表現(xiàn)形式或運(yùn)載工具，而消息則是信號(hào)的具體內(nèi)容，消息蘊(yùn)涵于信號(hào)之中。與信號(hào)密切相關(guān)的更廣義的概念是信息(information)。

信號(hào)一般可表示為一個(gè)或多個(gè)變量的函數(shù)。例如，鍋爐的溫度可表示為溫度隨時(shí)間變化的函數(shù)；語(yǔ)音信號(hào)可表示為聲壓隨時(shí)間變化的函數(shù)；一張黑白圖片可表示為灰度隨二維空間變量變化的函數(shù)。

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因此，本課程主要討論電信號(hào)。電信號(hào)通常是隨時(shí)間變化的電壓或電流(電荷或磁通)，由于信號(hào)是隨時(shí)間而變化的，在數(shù)學(xué)上常用時(shí)間t的函數(shù)來(lái)表示，因此，“信號(hào)”與“函數(shù)”這兩個(gè)名詞常交替使用。

概括而言，系統(tǒng)(system)是由某些相互作用、相互關(guān)聯(lián)的元器件或子系統(tǒng)組合而成的某種物理結(jié)構(gòu)，其基本功能是對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行處理，并產(chǎn)生相應(yīng)的輸出信號(hào)。如通信系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、機(jī)器人、自動(dòng)控制系統(tǒng)、軟件等都可稱(chēng)之為系統(tǒng)。在各種系統(tǒng)中，電系統(tǒng)具有特殊的重要作用。這是因?yàn)榇蠖鄶?shù)的非電系統(tǒng)都可以用電系統(tǒng)來(lái)模擬或仿真。

2.3信號(hào)與系統(tǒng)分析的基本內(nèi)容與方法

信號(hào)與系統(tǒng)分析主要包括信號(hào)分析和系統(tǒng)分析兩部分內(nèi)容。信號(hào)分析的核心是信號(hào)分解，即將復(fù)雜信號(hào)分解為一些基本信號(hào)的線(xiàn)性組合，通過(guò)研究基本信號(hào)的特性和信號(hào)的線(xiàn)性組合關(guān)系來(lái)研究復(fù)雜信號(hào)的特性。系統(tǒng)分析的主要任務(wù)就是在已知系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與輸入激勵(lì)的前提下，求解系統(tǒng)相應(yīng)的輸出響應(yīng)。在種類(lèi)繁多的系統(tǒng)中，線(xiàn)性時(shí)不變系統(tǒng)的分析具有重要的意義。因?yàn)閷?shí)際應(yīng)用中的大部分系統(tǒng)屬于或可近似地看做是線(xiàn)性時(shí)不變系統(tǒng)，而且線(xiàn)性時(shí)不變系統(tǒng)的分析方法已有較完善的理論，因此本課程主要分析線(xiàn)性時(shí)不變系統(tǒng)。對(duì)于非線(xiàn)性系統(tǒng)與時(shí)變系統(tǒng)，近年來(lái)也有較大理論進(jìn)展和應(yīng)用領(lǐng)域，將在其他的課程中進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的研究。

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，新的信號(hào)與系統(tǒng)的分析方法不斷涌現(xiàn)。其中計(jì)算機(jī)輔助分析方法就是近年來(lái)較為活躍的方法。這種方法利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)值運(yùn)算，從而免去復(fù)雜的人工運(yùn)算，且計(jì)算結(jié)果精確可靠，因而得到廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。本教材中，引入了軟件工具M(jìn)ATLAB對(duì)信號(hào)與系統(tǒng)進(jìn)行分析。此外，計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展與應(yīng)用，為信號(hào)分析提供了有力支持，但同時(shí)對(duì)信號(hào)分析的深度與廣度也提出了更高的要求，特別是對(duì)離散時(shí)間信號(hào)的分析。因此，近年來(lái)，離散時(shí)間信號(hào)的理論研究得到很大發(fā)展，離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)的分析已形成一門(mén)獨(dú)立的課程。

綜上所述，信號(hào)與系統(tǒng)分析這門(mén)課程主要研究確定信號(hào)與線(xiàn)性時(shí)不變系統(tǒng)。該課程應(yīng)用了較多的高等數(shù)學(xué)知識(shí)與電路分析的內(nèi)容。在學(xué)習(xí)過(guò)程中，著重掌握信號(hào)與系統(tǒng)分析的基本理論與基本方法，將數(shù)學(xué)概念、物理概念及其工程概念相結(jié)合。注意其提出問(wèn)題、分析問(wèn)題與解決問(wèn)題的方法，只有這樣才可以真正理解信號(hào)與系統(tǒng)分析的實(shí)質(zhì)，為以后的學(xué)習(xí)與應(yīng)用奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

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2.4離散系統(tǒng)的基本概念

所謂離散系統(tǒng)，是指系統(tǒng)的輸入與輸出僅在離散的時(shí)間上取值，而且離散的時(shí)間具有相同的時(shí)間間隔。凡是滿(mǎn)足如下條件的系統(tǒng)均為離散系統(tǒng)：

(1)系統(tǒng)每隔固定的時(shí)間間隔才“更新”一次，即系統(tǒng)的輸入與輸出每隔固定的時(shí)間間隔便改變一次。固定的時(shí)間間隔稱(chēng)為系統(tǒng)的“采樣”時(shí)間。

(2)系統(tǒng)的輸出依賴(lài)于系統(tǒng)當(dāng)前的輸入、以往的輸入與輸出，即系統(tǒng)的輸出是它們的某種函數(shù)。

(3)離散系統(tǒng)具有離散的狀態(tài)。其中狀態(tài)指的是系統(tǒng)前一時(shí)刻的輸出量。其數(shù)學(xué)描述應(yīng)為

y(n)fu(n)u(n1);y(n1)y(n2);(2-1)

線(xiàn)性離散系統(tǒng)：當(dāng)離散系統(tǒng)同時(shí)滿(mǎn)足齊次性與疊加性時(shí)，即

Tu1(n)u2(n)Tu1(n)Tu2(n)(2-2)則稱(chēng)此離散系統(tǒng)為線(xiàn)性離散系統(tǒng)。

2.5連續(xù)系統(tǒng)模型及表示

與離散系統(tǒng)不同，連續(xù)系統(tǒng)是指系統(tǒng)輸出在時(shí)間上連續(xù)變化，而非僅在離散的時(shí)刻采樣取值。滿(mǎn)足如下條件的系統(tǒng)為連續(xù)系統(tǒng)：

(1)系統(tǒng)輸出連續(xù)變化。變化的間隔為無(wú)窮小量。

(2)對(duì)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述來(lái)說(shuō)，存在系統(tǒng)輸入或輸出的微分項(xiàng)（導(dǎo)數(shù)項(xiàng)）。

(3)系統(tǒng)具有連續(xù)的狀態(tài)。在離散系統(tǒng)中，系統(tǒng)的狀態(tài)為時(shí)間的離散函數(shù)，而連續(xù)系統(tǒng)的狀態(tài)為時(shí)間連續(xù)量。

由連續(xù)系統(tǒng)的基本概念可以寫(xiě)出連續(xù)系統(tǒng)的最一般的數(shù)學(xué)描述，即

y(t)fc(u(t),t)(2-3)線(xiàn)性連續(xù)系統(tǒng)：如果一個(gè)連續(xù)系統(tǒng)能夠同時(shí)滿(mǎn)足如下的性質(zhì)：(1)齊次性。對(duì)于任意的參數(shù)，系統(tǒng)滿(mǎn)足

Tu(t)Tu(t)(2-4)(2)疊加性。對(duì)于任意輸入變量與，系統(tǒng)滿(mǎn)足

Tu1(t)u2(t)Tu1(t)Tu2(t)(2-5)則此連續(xù)系統(tǒng)為線(xiàn)性連續(xù)系統(tǒng)。

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第三章系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

3.1采用的軟件及開(kāi)發(fā)平臺(tái)

3.1.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件

該系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用的是MATLAB數(shù)學(xué)軟件。它在數(shù)學(xué)類(lèi)科技應(yīng)用軟件中在數(shù)值計(jì)算方面首屈一指。MATLAB可以進(jìn)行矩陣運(yùn)算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶(hù)界面、連接其他編程語(yǔ)言的程序等，主要應(yīng)用于工程計(jì)算、控制設(shè)計(jì)、信號(hào)處理與通訊、圖像處理、信號(hào)檢測(cè)、金融建模設(shè)計(jì)與分析等領(lǐng)域。3.1.2開(kāi)發(fā)平臺(tái)和編程環(huán)境

MATLAB由一系列工具組成。這些工具方便用戶(hù)使用MATLAB的函數(shù)和文件，其中許多工具采用的是圖形用戶(hù)界面。包括MATLAB桌面和命令窗口、歷史命令窗口、編輯器和調(diào)試器、路徑搜索和用于用戶(hù)瀏覽幫助、工作空間、文件的瀏覽器。隨著MATLAB的商業(yè)化以及軟件本身的不斷升級(jí)，MATLAB的用戶(hù)界面也越來(lái)越精致，更加接近Windows的標(biāo)準(zhǔn)界面，人機(jī)交互性更強(qiáng)，操作更簡(jiǎn)單。而且新版本的MATLAB提供了完整的聯(lián)機(jī)查詢(xún)、幫助系統(tǒng)，極大的方便了用戶(hù)的使用。簡(jiǎn)單的編程環(huán)境提供了比較完備的調(diào)試系統(tǒng)，程序不必經(jīng)過(guò)編譯就可以直接運(yùn)行，而且能夠及時(shí)地報(bào)告出現(xiàn)的錯(cuò)誤及進(jìn)行出錯(cuò)原因分析。

MATLAB一個(gè)高級(jí)的矩陣/陣列語(yǔ)言，它包含控制語(yǔ)句、函數(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輸入和輸出和面向?qū)ο缶幊烫攸c(diǎn)。用戶(hù)可以在命令窗口中將輸入語(yǔ)句與執(zhí)行命令同步，也可以先編寫(xiě)好一個(gè)較大的復(fù)雜的應(yīng)用程序（M文件）后再一起運(yùn)行。新版本的MATLAB語(yǔ)言是基于最為流行的C＋＋語(yǔ)言基礎(chǔ)上的，因此語(yǔ)法特征與C＋＋語(yǔ)言極為相似，而且更加簡(jiǎn)單，更加符合科技人員對(duì)數(shù)學(xué)表達(dá)式的書(shū)寫(xiě)格式。使之更利于非計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的科技人員使用。而且這種語(yǔ)言可移植性好、可拓展性極強(qiáng)，這也是MATLAB能夠深入到科學(xué)研究及工程計(jì)算各個(gè)領(lǐng)域的重要原因。

MATLAB自產(chǎn)生之日起就具有方便的數(shù)據(jù)可視化功能，以將向量和矩陣用圖形表現(xiàn)出來(lái)，并且可以對(duì)圖形進(jìn)行標(biāo)注和打印。高層次的作圖包括二維和三維的可視化、圖象處理、動(dòng)畫(huà)和表達(dá)式作圖�？捎糜诳茖W(xué)計(jì)算和工程繪圖。新版本的MATLAB對(duì)整個(gè)圖形處理功能作了很大的改進(jìn)和完善，使它不僅在一般數(shù)據(jù)可視化軟件都具有的功能（例如二維曲線(xiàn)和三維曲面的繪制和處理等）方面更加完善，而且對(duì)于一些其他軟件所沒(méi)有的功能（例如圖形的光照處理、色度處理以及四維數(shù)據(jù)的表現(xiàn)等），MATLAB

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同樣表現(xiàn)了出色的處理能力。同時(shí)對(duì)一些特殊的可視化要求，例如圖形對(duì)話(huà)等，MATLAB也有相應(yīng)的功能函數(shù)，保證了用戶(hù)不同層次的要求。

3.2系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)

3.2.1建模

先求系統(tǒng)的沖激響應(yīng)，寫(xiě)出其特征方程

2440

求其特征根p1,p2,及其r1,r2,則沖激響應(yīng)為

p1tp2th(t)rere12輸出y(t)可用輸入u(t)與沖激響應(yīng)h(t)的卷積求得MATLAB程序clf,clear

a=input("多項(xiàng)式分母系數(shù)向量a=");b=input("多項(xiàng)式分子系數(shù)向量b=");t=input("輸入時(shí)間序列t=");u=input("輸入序列u=");tf=t(end);

dt=tf/(length(t)-1);%用極點(diǎn)留數(shù)法求沖激響應(yīng)[r,p,k]=residue(b,a);

h=r(1)*exp(p(1)*t)+r(2)*exp(p(2)*t);%求u和h的卷積，得輸出y(t)y=conv(u,h)*dt;%畫(huà)出輸出y(t)

plot(t,y(1:length(t)));grid程序運(yùn)行結(jié)果

執(zhí)行這個(gè)程序，取a=[1,4,4],b=[1,3],t=[0:0.1:5]及u=exp（-1*t）,所得結(jié)果如下圖

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圖3-1零狀態(tài)輸出響應(yīng)

3.2.2解決方法

1.掌握M函數(shù)的編寫(xiě),弄清程序的入口和出口參數(shù)及參數(shù)的取值情況;

2.工具箱的應(yīng)用其實(shí)就是一些別人編好的具有特定功能的函數(shù),在掌握1的情況下,這個(gè)就不在話(huà)下了,還是那句話(huà),弄清功能,弄清輸出輸入?yún)��?shù)的情況及相互關(guān)系;

3.在寫(xiě)m函數(shù)前現(xiàn)在workspace里將主要源碼操作一遍,一是可以熟悉各參數(shù)間的關(guān)系,二是可以驗(yàn)證源碼的正確性;

4.程序的調(diào)試,主要就是斷點(diǎn)的應(yīng)用,特別是條件斷點(diǎn)大家都很容易忽視,其實(shí)條件斷點(diǎn)就是在斷點(diǎn)出設(shè)置停止的條件,也就是一條邏輯操作,大家可以看看help;

5.調(diào)試過(guò)程中難免出錯(cuò),出錯(cuò)是很正常的,重要的是你要清楚發(fā)生錯(cuò)誤之后要怎么解決,都有那些可以利用的資源可以供你利用,用來(lái)判斷錯(cuò)誤的原因.斷點(diǎn)運(yùn)行到出錯(cuò)的位置,判斷此時(shí)各種數(shù)據(jù)的維數(shù),數(shù)值的大小,還有就是有沒(méi)有出現(xiàn)調(diào)用前沒(méi)有賦值等情況.這些做法的一個(gè)重要線(xiàn)索就是workspace里給出的最上面一個(gè)出錯(cuò)信息.

3.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)的亮點(diǎn)

友好的工作平臺(tái)和編程環(huán)境；簡(jiǎn)單易用的程序語(yǔ)言；強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理能力；出色的圖形處理功能；應(yīng)用廣泛的模塊集合工具箱；實(shí)用的程序接口和發(fā)布平臺(tái)；應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)（包括用戶(hù)界面）。

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第四章結(jié)束語(yǔ)

實(shí)訓(xùn)總結(jié)與體會(huì)：

學(xué)習(xí)MATLAB沒(méi)多久，有好多問(wèn)題很不懂，但經(jīng)過(guò)兩周對(duì)MATLAB的學(xué)習(xí)和對(duì)MATLAB在信號(hào)系統(tǒng)和其他方面應(yīng)用的實(shí)訓(xùn)，我充分了解到了MATLAB的實(shí)用性和便捷性，對(duì)我以后在其他方面的學(xué)習(xí)大有好處。MATLAB博大精深，也不可能在短時(shí)間內(nèi)學(xué)得很熟。我覺(jué)得學(xué)習(xí)MATLAB首先要把基礎(chǔ)掌握.什么是MATLAB的基礎(chǔ)呢？個(gè)人覺(jué)得是首先是矩陣（包括數(shù)組），它是MATLAB的核心，如矩陣的輸入生成，矩陣處理等；還有繪圖，各種畫(huà)圖函數(shù)，函數(shù)圖形的加工；最后是編程，這是最重要的，能解決很多問(wèn)題，也是后面學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。這三個(gè)方面掌握后，就可以做實(shí)踐的鍛煉了，有很多技巧在實(shí)踐中可以不斷地積累。

MATLAB語(yǔ)言的應(yīng)用范圍非常廣，包括信號(hào)和圖像處理、通訊、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、測(cè)試和測(cè)量、財(cái)務(wù)建模和分析以及計(jì)算生物學(xué)等眾多應(yīng)用領(lǐng)域。附加的工具箱擴(kuò)展了MATLAB環(huán)境，以解決這些應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)特定類(lèi)型的問(wèn)題。

因?yàn)橹�前學(xué)過(guò)VB，C語(yǔ)言之類(lèi)的程序設(shè)計(jì)，所以MATLAB基礎(chǔ)學(xué)起來(lái)還算容易。它包括了很多編程的技巧問(wèn)題，程序的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題，對(duì)于程序的運(yùn)行效率非常有幫助。有的時(shí)候，你編出來(lái)的程序，能夠運(yùn)行，但是耗時(shí)太長(zhǎng)，也就是說(shuō)你的程序沒(méi)有錯(cuò)，但是不適合實(shí)際。或者說(shuō)，對(duì)于規(guī)模小的問(wèn)題能夠解決，但是規(guī)模大一點(diǎn)的問(wèn)題就需要很長(zhǎng)很長(zhǎng)的時(shí)間，這就需要對(duì)程序的結(jié)構(gòu)和算法問(wèn)題進(jìn)行改進(jìn)。

MATLAB的自帶函數(shù)很多，基本上能夠滿(mǎn)足一般的數(shù)據(jù)和矩陣的計(jì)算，所以基本上不用自己編函數(shù)。這一點(diǎn)對(duì)程序非常有幫助，可以使程序簡(jiǎn)單，運(yùn)行效率高，可以節(jié)省很多時(shí)間。你把基本的知識(shí)學(xué)過(guò)之后，就需要找一個(gè)實(shí)際的程序來(lái)動(dòng)手編一下，不要等所有的知識(shí)都學(xué)好之后再去編程，你要在編程的過(guò)程中學(xué)習(xí)，程序需要什么知識(shí)再去補(bǔ)充，編程是一點(diǎn)一點(diǎn)積累的，所以你要需做一些隨手筆記什么的。

編程問(wèn)題最頭疼的不是編程序，而是調(diào)程序，所以在你的程序編完之后，一定要進(jìn)行驗(yàn)證其正確性，你要盡量多的設(shè)想你的問(wèn)題的復(fù)雜性，當(dāng)然，要一步一步復(fù)雜，這樣才能保證你的程序的適用性很強(qiáng)。盡量擺脫c編程的習(xí)慣，總愛(ài)用循環(huán)，能不用的循環(huán)的盡量不用，掌握矢量化的精髓，要大膽的去試，試過(guò)才知道可不可以，多去編寫(xiě)程序，運(yùn)行調(diào)試。

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參考文獻(xiàn)

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學(xué)生簽名：

指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)：課程設(shè)計(jì)成績(jī)：指導(dǎo)教師簽名：教研室意見(jiàn)：教研室主任簽名：

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