辽宁科技大学毕业设计（论文）第I页基于MATLAB的信号波形与频谱分析摘要本文利用MATLAB软件进行信号频谱分析的设计，并通过GUI界面(图形用户界面)实现信号频谱分析的动态设计。
用户可与计算机交互式地进行对象参数的设置、控制算法的选取、以及对离散信号与连续信号的动态频谱分析。
并利用MATLAB内嵌的Simulink模块，实现系统的信号频谱分析，满足不同用户的不同要求。
MATLAB的GUIDE是专门用于图形用户界面（GUI）程序设计的快速开发环境，本文从介绍GUIDE入手结合具体的软件图形界面实例，给出了利用GUIDE制作图形用户界面的基本方法。
通过本文的研究得出利用GUIDE设计的仿真界面不仅可以对离散信号与连续信号的动态频谱进行相关分析，而且还可以对此问题作进一步的预测和分析。
基于GUIDE技术制作的图形用户界面，具有友好性，开放性，方便科研人员不断地研究和扩充。
关键词频谱分析；GUI；SIMULINK；MATLAB辽宁科技大学毕业设计（论文）第II页AbstractUsing MATLAB software for signal spectrum analysis of the design, and through the GUI interface (graphical user interface) signal spectrum analysis of the dynamic design. Users can interactively with the computer targeting parameters for the establishment, control algorithm selection, and the discrete signals and continuous signal analysis of the dynamic spectrum. MATLAB and Simulink embedded module, the signal system to achieve spectral analysis, meet the needs of different users with different needs.MATLAB GUIDE is devoted to the graphical user interface (GUI) design procedures for the rapid development environment, This paper introduced GUIDE start from the context of the specific examples of graphical interface software, GUIDE is produced using a graphical user interface methods. Through this paper, the study of the use of simulation GUIDE interface design can not only right for discrete signal and the signal dynamic spectrum analysis, but also the issue for further analysis and forecasts. GUIDE technology based on the production of graphical user interface is friendly and open, facilitate researchers continue to study and expanded.Keywords Spectrum Analysis ；GUI；SIMULINK；MATLAB辽宁科技大学毕业设计（论文）第III页目录摘要 (I)Abstract.................................................................................................I I 第1章绪论 . (1)1.1 MATLAB应用软件简介 (1)1.2课题研究的内容 (2)1.2.1信号的频谱分析 (2)1.2.2信号频谱分析的原理 (3)1.2.3频谱分析与显示原理 (3)1.2.4对三阶交调进行模拟分析 (3)1.2.5伪彩色编码的动态频谱图显示 (4)1.2.6宽带频谱图与窄带频谱图 (5)1.3 GUI界面设计实现 (5)1.4 SIMULINK (6)1.4.1 SIMULINK模型与文件 (7)1.4.2 SIMULINK仿真原理 (7)第2章MATLAB工具箱的概述及GUI界面的简介 (8)2.1引言 (8)2.2句柄图形及图形用户界面 (8)2.3 GUIDE (8)2.4编制回调程序 (10)2.5主界面 (10)2.6子界面 (11)2.7基于MATLAB信号处理工具箱的数字滤波器设计与仿真 (11)2.8带通滤波器设计实例 (12)第3章GUI界面下噪声信号的频谱分析与实现 (14)3.1概述 (14)3.2 MATLAB信号处理工具箱介绍及功能 (14)3.2.1MATLAB工具箱介绍 (14)辽宁科技大学毕业设计（论文）第IV页3.2.2工具箱功能 (15)3.3通风机噪声信号的采集方法 (17)3.4噪声信号的频谱分析 (18)3.5GUI界面下噪声频谱分析的实现 (19)结论 (22)致谢 (23)参考文献 (24)附录A (25)附录B (27)辽宁科技大学毕业设计（论文）第1页第1章绪论1.1 MATLAB应用软件简介MATLAB是一种功能强大的科学计算和工程仿真软件，它的交互式集成界面能够帮助用户快速地完成数值分析、矩阵运算、数字信号处理、仿真建模、系统控制和优化等功能。
MATLAB将高性能的数值计算和可视化集成在一起，提供了大量的内置函数，从而被广泛地应用在科学计算、控制系统、信息处理等领域的分析、仿真和设计工作，而且利用MATLAB 产品的开放式结构，可以非常容易地对MATLAB 的功能进行扩充，从而在不断深化对问题认识的同时，不断完善MATLAB 产品以提高产品自身的竞争能力。
MATLAB语言采用与数学表达式相同的形式，不需要传统的程序设计语言，因而不像其他高级语言那样难于掌握。
一般来说，用户可以在极短的时间内掌握MATLAB解决简单的问题，由于MATLAB的这些特点，它现在已经成为科研工作和工作仿真的高级助手。
MATLAB是mathworks公司开发的，目前国际上最流行应用最广泛的科学与共程计算软件，它广泛应用于自动控制、数字运算、信号分析、航天工业、汽车工业、计算机技术、图像信号处理、财务分析、生物医学工程、语言处理和雷达工程等各行各业，也是国内外高校和研究部门进行许多科学研究的重要工具。
MATLAB6.5是它的最新版本，由于它具有强大的计算和绘图功能，大量稳定可靠的算法和简洁高校的编程语言，所以选用MATLAB6.5环境中的GUI介面、SIMULINK仿真环境来对信号进行频谱分析。
本文将以美国Metso Automation MAX公司的新一代DCS产品MAX1000+plus 为例讨论如何利用MATLAB的仿真软件包SIMULINK中的S-FUNCTION［1］和MAX1000+plus系统中读写DPU参数的Software Backplane(软件背板)［2］技术实现虚拟DPU控制作用与MATLAB建立的仿真模型的连接，并用MATLAB6.5的GUI 介面来进行通风机噪声频谱分析。
辽宁科技大学毕业设计（论文） 第2页1.2课题研究的内容1.2.1信号的频谱分析（1）连续周期信号已知一个连续周期信号，在满足一定条件下，可以通过傅立叶级数展开为一系列正弦信号的线性叠加。
形状不同的周期信号其区别在于它们各自不同基本频率、不同谐波的幅度和相位的正弦信号组合而成。
由此可见，如果能找到具有这三个特性的频率函数，就能把该信号惟一地确定下来。
从傅立叶级数展开式中可以观察到，傅立叶系数0()x kw 就是这样的频率函数，并可按下式求得：00020021()()t T jkw T x kw x t e dt T -=⎰ (1.1)式中，T 是周期信号的周期，002/w T π=是基本角频率，K 是离散变量表示谐波的次数。
可见,0()x kw 是离散频率的复函数，可表示为：0()00()|()|i kw X kw X kw e φ= (1.2)（2）连续非周期函数对于连续非周期信号，也可通过连续时间傅立叶变换（CTFT ），从上式中求得一个频率函数X （W ），在频域对信号进行分析，即()()jwt x w x t e dt ∞--∞=⎰ (1.3)（3）离散周期信号对于离散周期信号，从离散傅立叶级数展开式中可以求得傅立叶系数0()x k Ω，如下式所示，即：01001()()N jkn n x k x n e N--Ω=Ω=∑ (1.4) （4）离散非周期信号 对于离散周期信号。
如同连续非周期信，通过离散时间傅立叶变换（DTFT ）可求得非周期序列的频谱密度函数()x Ω，即：辽宁科技大学毕业设计（论文） 第3页130()()n N n x x n e--Ω=Ω=∑ (1.5)1.2.2信号频谱分析的原理信号频谱分析，就是应用傅里叶分析的方法，求出与信号时域波形相对应的频率函数，从中找出描述该信号频谱结构的变化规律，以达到特征提取的目的，如频带宽度、幅度、相位以及能量、功率等随频率变化的分布规律[3]。
1.2.3频谱分析与显示原理（1）离散信号的短时FFT 频谱分析现代信号频谱分析是基于离散时域的短时FOURIER 分析。
设离散时域采样信号为x （n ）=0,1,…N-1是时域采样点序号，N 是信号长度。
在数字信号处理中，用加窗方法将信号分段。
此时()m x n 表示成x m x (n),n=0,1,…,N -1，m 是桢的序号，n是桢的同步的时间序号，N 则是一桢内的采样点数（桢长）。
信号()m x n 的加窗离散时域Fourier 变换（DTFT ）为：10(,)()()N jwjwn m m n X m e w n x n e --==∙∙∑ （1.6） 为了便于离散计算，采用()()m m w n x n ∙的离散FOURIER 变换（DFT ）：12/20(,)()(),0,...,1N j nk N m m n X m k w n x n e k N π--==∙∙=-∑ （1.7）X(m,k)|便是Xm(n)的短时幅度谱估计。