基于Matlab的《信号与系统》虚拟实验系统开发与研究开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

通信在现今生活中已是普遍存在，在经济发展，政治军事活动，个人生活中的应用已是相当普遍，是社会发展不可缺少的工具，自1844年莫而斯在华盛顿和巴尔的摩之间发送世界第一份电报以来，通信已经经历了150多年，发展到目前数字通信趋于替代模拟通信的趋势。《信号与系统》课程，是高等理工科类院校通信与电子信息工程等专业中一门十分重要的基础理论课，也是电子信息工程专业许多后续课程的重要理论基础。该课程所用数学工具多，其核心内容是三大变换，即傅里叶变换、拉普拉斯变换和Z变换，而物理概念往往来源于复杂的数学运算及推导，这就导致学生将大量的时间用于数学运算，所以学生在学习的过程中感到大部分时间是在学数学，而未真正理解最本质的物理意义。

以前的信号模拟是通过硬件，对仪器和实验室的要求较高，不便于广泛应用，而且信号处理具有内容繁多、概念抽象、设计复杂等特点, 学生在学习时常常会感到枯燥, 难以理解和掌握。而且，传统的硬件实验系统存在着实验设备短缺、实验项目选择受限、实验设备老化等弊端。为了减轻学生在数学运算上的负担，使学生把注意力集中到对课程最本质的概念和方法的把握上。Matlab 是 MATrix LABoratory矩阵实验室的简称。Matlab是由美国The MathWorks公司出品的商业数学软件，是用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境。Matlab可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金 融建模设计与分析等领域，与 Mathematica、Maple 并称为3大数学软件。而Matlab 具有强大的图形用户界面（Graphical User Interface ，GUI）生成功能。采用 Matlab 的GUI设计仿真实验界面，过程简单，操作方便。为此，利用Matlab 强大的数值计算、符号计算、绘图显示及图形用户界面等功能，设计了信号与系统仿真实GUI平台，增加计算机辅助实验教学手段是对信号与系统课程 教学方法的有力补充，同时，GUI 实验平台简单的程序和可视化结果有助于学生对抽象概念及理论知识的理解。

2. 研究的基本内容与方案

本次毕业设计任务是基于matlab的《信号与系统》虚拟实验系统开发与研究。仿真实验系统的主体结构如图 1 所示 ,图示的六个模块涵盖“信号与系统”课程的主要教学内容。

(1) 信号的时域分析。包括常用连续信号如指 数信号、正弦信号、矩形脉冲信号、三角脉冲信号的 微分与积分运算 ,常用离散信号如指数序列、正弦序 列、单位脉冲序列、单位阶跃序列的差分与求和运 算 ,以及八种常用信号的尺度变换、翻转和时移等变 换。

(2) 系统的时域分析。包括连续时间系统时域分析和离散时间系统时域分析两部分。

3. 研究计划与安排

1）1周——3周：进行调研，查阅不少于15篇的相关资料，其中英文文献不少于3篇，明确毕业设计的基本内容和技术方案，完成开题报告；

2）4周——6周：学生自己收集与选题相关的英文文献资料进行英文资料的翻译工作（字数应不少于5000汉字），电子版交指导老师审查同意后定稿；

3）7周——10周：熟悉matlab软件、查阅相关文献及复习《通信原理》和《数字信号处理》的相关知识，为搭建仿真链路做好准备。

4. 参考文献（12篇以上）

1.yuan z, zhao z, rui l i u. modular design of virtual experiment system based on mvc design model [j]. computer engineering science, 2013, 8: 024.

2.wang h y, liu m z, chen z m, et al. design on virtual experiment system for communication principle based on labview[c]//electronic engineering and information science: proceedings of the international conference of electronic engineering and information science 2015 (iceeis 2015), january 17-18, 2015, harbin, china. crc press, 2015: 49.

3.yuan z, zhao z, rui l i u. modular design of virtual experiment system based on mvc design model [j]. computer engineering science, 2013, 8: 024.