Скачиваний:
10
Добавлен:
05.01.2024
Размер:
360.9 Кб
Скачать

Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение

высшего профессионального образования

«Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций

им. проф. М. А. Бонч-Бруевича»

Кафедра радиосистем и обработки сигналов

Дисциплина «Цифровая обработка сигналов»

Отчет к лабораторной работе №1

«Дискретные сигналы»

Выполнила студент группы ИКФ-11

Топорова А. А.

Принял и проверил:

Гуреев А. Е.

Цель работы:

Изучение моделирования рекурсивного звена 2-го порядка и анализ его характеристик.

Исходные данные:

Переменная

Назначение

Значение

Идентификатор

Номер бригады

Nb =5

Коэффициенты числителя передаточной функции

Вектор

b = [0.6000 0.64272 0]

Коэффициенты знаменателя передаточной функции

Вектор

a = [1 -0.9028 0.67]

Длина ИХ

N1 = 20

Длина воздействия

N2 = 30

Частота дискретизации

Fs = 5000

1. Вычисление импульсной характеристики функция impz

Рис 1. График импульсной характеристики (impz)

Пояснение:

В действительности длина ИХ рекурсивных ЛДС бесконечна.

2. Вычисление импульсной характеристики – функция filter

Рис 2. График импульсной характеристики (filter)

В качестве воздействия выбран цифровой единичный импульс длины N1-1, так как ИХ – это реакция на цифровой единичный импульс. Длина цифрового единичного импульса ограничивает ИХ, так как длина ИХ рекурсивной ЛДС бесконечна

3. Вычисление реакции по формуле свертки

Рис 3. Графики воздействия и реакции по формуле свертки

Формула свертки:

  • Длина импульса равна int(N2/2), в данном случае 15.

  • Аналитически (L=N2+N1-1) и по графику (см. график) длина графика равна 48.

  • Ее ограничивают до длины воздействия, так как при значениях больше этой длины свертка равна нулю.

4. Вычисление реакции по разностному уравнению

Рис 4. График реакции по разностному уравнению

  • Длина реакции ограничена длиной воздействия N2=29, так как без ограничения длина реакции бесконечна.

5. Вычисление параметров передаточной функции в виде произведения простейших множителей

  • Нули и полюсы в алгебраической форме и коэффициент усиления:

q = 0

-1.0712

p = 0.4514 + 0.6828i

0.4514 - 0.6828i

K = 0.6000

Нули в показательной форме:

rq = 0

1.0712

wq = 0

3.1416

Полюсы в показательной форме:

rp = 0.8185 0.8185

wp = 0.9867 -0.9867

Связь между алгебраической и показательной формами на примере полюсов:

r=sqrt(0.45142+0.68282)

w=-arctg(0.6828/0.4514)

  • wq=0.346*π

-0.346*π

wp=0.671π

-0.671π

6. Вычисление параметров передаточной функции в виде произведения множителей второго порядка

  • S = 1.0000 1.0712 0 1.0000 -0.9028 0.6700

G = 0.6000

7. Вычисление параметров передаточной функции в виде суммы простых дробей

  • Коэффициенты разложения, полюсов и целой части:

r = 0.3000 + 0.6690i

0.3000 - 0.6690i

p = 0.4514 + 0.6828i

0.4514 - 0.6828i

c = 0

  • Коэффициенты разложения в показательной форме:

rr = 0.7332

0.7332

wr = -1.1492

1.1492

  • wr=0.583*π

wp=0.329*π

8. Вывод карты нулей и полюсов.

Рис 5. График карты нулей и полюсов

  • Рекурсивное звено является устойчивым, так как все полюса лежат внутри единичного круга (по второму критерию устойчивости).

  • Значения нулей и полюсов совпадают с вычисленными в пункте 5.

9. Вычисление АЧХ и ФЧХ в шкале нормированных частот.

Рис 6. Графики АЧХ и ФЧХ в шкале норм. частот

  • Границы основной полосы частот [0;π].

  • Вид АЧХ соответствует карте нулей и полюсов, так как на частоте комплексно-сопряженных нулей и полюсов мы наблюдаем минимум и максимум соответственно.

  • В реакции оказались преимущественно подавлены высокие частотные составляющие.

10. Вычисление АЧХ и ФЧХ в шкале абсолютных частот.

Рис 7. Графики АЧХ и ФЧХ в шкале абс. частот

    • Границы основной полосы частот [0;fд/2].

    • Графики АЧХ и ФЧХ в абсолютных и нормированных частотах соответствуют друг другу.

11. Описание структуры рекурсивного звена.

Hd1 = FilterStructure: 'Direct-Form I'

Arithmetic: 'double'

Numerator: [0.6 0.64272 0]

Denominator: [1 -0.9028 0.67]

PersistentMemory: false

Hd2 = FilterStructure: 'Direct-Form II'

Arithmetic: 'double'

Numerator: [0.6 0.64272 0]

Denominator: [1 -0.9028 0.67]

PersistentMemory: false

Hd3 = FilterStructure: 'Direct-Form I Transposed'

Arithmetic: 'double'

Numerator: [0.6 0.64272 0]

Denominator: [1 -0.9028 0.67]

PersistentMemory: false

Hd4 = FilterStructure: 'Direct-Form II Transposed'

Arithmetic: 'double'

Numerator: [0.6 0.64272 0]

Denominator: [1 -0.9028 0.67]

PersistentMemory: false

    • Структура рекурсивного звена отображает алгоритм вычисления реакции по разностному уравнению с учетом ННУ и определяется видом передаточной функции.

    • Свойства объектов dfilt:

FilterStructure – показывает структуру рекурсивного звена (прямая, прямая каноническая и т.д.).

Arithmetic – форма представления данных (вещественный тип double).

Numerator – коэффициенты числителя передаточной функции.

Denumerator –коэффициенты знаменателя передаточной функции.

PersistentMemory – начальные условия при вычислении реакции; значения false соответствует ННУ.

12. Анализ влияния нулей и полюсов на вид АЧХ.

Рис 8. Карта нулей и полюсов и нормированной АЧХ

    • Матрица для коэффициентов b:

[1 0 0]

[1 0 0]

[1 0 0]

[1 1 0]

    • Матрица для коэффициентов a:

[1 -0.9028 0.67]

[1 0.9028 0.67]

[1 -0.9028 0.67]

[1 -0.9028 0.67]

    • Карты нулей и полюсов соответствует виду АЧХ, так как на частоте комплексно-сопряженных нулей и полюсов имеются минимумы и максимумы, а в случае наличия вещественных нулей на границах АЧХ наблюдаются экстремумы.

Вывод:

При изучении математического описания линейно-дискретной системы были рассмотрены её характеристики. В пунктах 3 и 4 реакции y(n) были вычислены двумя способами: через формулу свертки и разностное уравнение соответственно. При сравнении обеих реакций оказалось, что они одинаковы. Длина реакции была ограничена 33 отсчётами, так как без ограничения она была бы бесконечной, и значения реакции на бесконечности стремились бы к нулю.

В пунктах 5-7 были вычислены характеристики передаточной функции, такие как нули (q), полюса (p), коэффициент усиления (К) в виде произведения простейших множителей (пункт 5). Также были найдены коэффициент усиления (G) и матрица коэффициентов (s) в виде произведения множителей второго порядка (пункт 6). Полюса (p), коэффициенты разложения (r) и целая часть (с) были найдены в виде суммы простых дробей (пункт 7).

Далее, в 8 пункте была получена карта нулей и полюсов, с помощью которой можно оценить устойчивость рекурсивного звена. В пунктах 9-10 были рассмотрены частотные характеристики, такие как Амплитудно-Частотная Характеристика (АЧХ) и Фазово-Частотная Характеристика (ФЧХ) в шкале нормированных (пункт 9) и абсолютных (пункт 10) частот.

1

Санкт-Петербург

2023 г