数字信号处理Python示例(1)使用Python生成正弦信号

文章目录

  • 前言
  • 一、连续时间周期信号
  • 二、正弦波
  • 三、使用Python生成正弦信号的步骤
    • 内置库说明
  • 四、完整的python代码与运行结果
    • 1.完整的python代码
    • 2、运行结果
  • 五、总结


前言

介绍如何使用python生成正弦信号,给出详细步骤和完整的python代码和运行结果。


一、连续时间周期信号

周期信号是指在时间上具有重复性质的信号,其特点是在经过一定的时间间隔后,信号的波形会以完全相同的形式重复出现。而这个时间间隔被称为信号的周期。

连续时间周期信号是指那些在连续时间范围内具有周期性的信号,常见的包括:正弦波、余弦波、方波、三角波、锯齿波、PWM(脉冲宽度调制)信号、AC(交流电)信号等。这些周期信号在电子学、信号处理、通信系统和许多其他工程领域中都有广泛的应用。

另外,周期信号的一个重要性质是它们可以通过傅里叶级数分解为一系列不同频率的正弦波和余弦波的和,这将在后续章节中介绍。

二、正弦波

正弦波是线性系统的特征函数。连续时间正弦波由幅度、频率和相位这三个参量描述。具有不同参量的连续时间正弦波是不同的。

正弦信号是基于正弦或余弦函数的周期函数。正弦信号的表达式如下:
在这里插入图片描述

其中,‘A’ 代表信号的幅度,‘f’ 表示信号的频率,而 ‘ϕ’ 表示信号的相位。要生成正弦信号,应该定义三个参数:幅度、频率和相位。独立自变量是‘time(t)’。在幅度调制中,载波的幅度根据信息信号而变化,而频率和相位保持不变。在频率调制中,载波的频率根据信号变化,而幅度和相位保持不变。在相位调制中,载波的相位根据信号变化,而幅度和频率保持不变。

三、使用Python生成正弦信号的步骤

使用Python生成正弦信号的步骤可以总结如下:

  1. 导入必要的库: 首先,需要导入numpy和matplotlib.pyplot库。numpy用于数学计算,matplotlib.pyplot用于绘图。
    python代码:
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
  1. 定义时间轴: 使用numpy的linspace函数生成一个等差数列,代表时间轴。这个函数需要三个参数:起始时间、结束时间和时间点的数量。
    python代码:
t = np.linspace(0, 1, 1000)  # 生成从01秒的时间点,共1000个点
  1. 定义正弦波参数: 设定正弦波的幅度(A)、频率(f)和相位(phi)。这些参数决定了正弦波的特征。
    python代码:
A = 1     # 幅度
f = 5     # 频率(赫兹)
phi = 0   # 相位(弧度)
  1. 生成正弦信号: 使用numpy的sin函数和前面定义的参数来生成正弦信号。公式是A * np.sin(2 * np.pi * f * t + phi)。
    python代码:
x_t = A * np.sin(2 * np.pi * f * t + phi)

#这里的 x_t 表示正弦信号x是自变量t的函数,A 是幅度,f 是频率,t 是时间轴,phi 是相位。这个表达式是根据正弦函数的标准数学定义构建的,其中 2 * np.pi * f * t 计算了正弦波的角频率,phi 是相位偏移。通过这个表达式,我们可以得到在时间轴 t 上每个时间点的正弦信号值。

  1. 可视化正弦信号: 使用matplotlib.pyplot的plot函数绘制时间轴t和对应的信号值x_t。还可以添加标题、轴标签和网格。
    python代码:
plt.plot(t, x_t)
plt.title('正弦信号')
plt.xlabel('时间 (秒)')
plt.ylabel('幅度')
plt.grid(True)
plt.show()

完成以上步骤后,你将得到一个可视化的正弦信号图。

内置库说明

程序中使用的内置库有 (1) Numpy 和 (2) Matplotlib。

Numpy(Numerical Python的简称)是一个开源的Python库,用于在Python中进行科学计算和数据分析。它是Python科学计算的基础库之一,提供了强大的数组对象和一系列处理这些数组的工具。在这个程序中,numpy 库用于创建数组(np.linspace)、执行数学函数(np.sin)、和提供圆周率常量(np.pi)。

Matplotlib是一个Python的数据可视化2D绘图库,它可以生成绘图、直方图、功率谱、条形图、散点图等。在这个程序中,Matplotlib用于可视化生成的正弦信号。

四、完整的python代码与运行结果

1.完整的python代码

生成正弦信号的完整python代码如下:

#导入必要的库
import numpy as np                     # numpy用于数学计算
import matplotlib.pyplot as plt       # matplotlib.pyplot用于绘图
#定义时间轴
t = np.linspace(0, 1, 1000)  # 生成从01秒的时间点,共1000个点
#定义正弦波参数
A = 1     # 幅度
f = 5     # 频率(赫兹)
phi = 0   # 相位(弧度)
#生成正弦信号: 
x_t = A * np.sin(2 * np.pi * f * t + phi)   #使用numpy的sin函数
#可视化正弦信号:
plt.plot(t, x_t)
plt.title('正弦信号')
plt.xlabel('时间 (秒)')
plt.ylabel('幅度')
plt.grid(True)
plt.show()

2、运行结果

生成的正弦信号的绘图结果如下:
在这里插入图片描述
从图中,可以得出以下结论:

  1. 信号的相位为0,这意味着波形从原点开始。
  2. 正弦波的幅度为1V,波形在-1和+1之间振荡。
  3. 生成波形的频率为5 Hz。每秒的振荡次数为5。

五、总结

这是《数字信号处理python示例》系列文章的第一篇。整个系列将使用python编程示例说明数字信号处理的基本原理与工程应用。给出的所有Python程序将努力做到简单且具有说明性。在数字信号处理的理论方法,将注重其实际意义和工程应用方面的介绍,而避免其数学上的推导与证明。


**


本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:http://www.rhkb.cn/news/461401.html

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系长河编程网进行投诉反馈email:809451989@qq.com,一经查实,立即删除!

相关文章

树叶分类竞赛(Baseline)以及kaggle的GPU使用

树叶分类竞赛(Baseline)-kaggle的GPU使用 文章目录 树叶分类竞赛(Baseline)-kaggle的GPU使用竞赛的步骤代码实现创建自定义dataset定义data_loader模型定义超参数训练模型预测和保存结果 kaggle使用 竞赛的步骤 本文来自于Neko Kiku提供的Baseline,感谢大佬提供代码…

四足机器人实战篇之二十二:四足机器人支撑腿反作用力规划之反馈控制及线性约束条件优化方法

系列文章目录 提示:这里可以添加系列文章的所有文章的目录,目录需要自己手动添加 TODO:写完再整理 文章目录 系列文章目录前言一、先使用反馈+前馈的控制方式,根据躯干期望的位置速度,计算出当前身体姿态的虚拟反作用力(实现躯体平衡控制器)二、再建立线性约束的凸优化问…

企业物流管理数据仓库建设的全面指南

文章目录 一、物流管理目标二、总体要求三、数据分层和数据构成(1)数据分层(2)数据构成 四、数据存储五、数据建模和数据模型(1)数据建模(2)数据模型 六、总结 在企业物流管理中&…

设计模式基础概念(行为模式):责任链模式(Chain Of Responsibility)

概述 责任链模式是一种行为设计模式, 允许你将请求沿着处理者链进行发送。 收到请求后, 每个处理者均可对请求进行处理, 或将其传递给链上的下个处理者。 该模式建议你将这些处理者连成一条链。 链上的每个处理者都有一个成员变量来保存对于…

centos7 安装python3.9.4,解决import ssl异常

本篇文章介绍如何在centos7中安装python3.9.4(下文简称python3),解决python3安装后import ssl模块失败问题,为什么我要在centos7中安装python呢,因为我需要在服务器中跑python数据处理脚本。 安装python3同时解决import ssl模块失败问题总共包…

【分布式技术】分布式序列算法Snowflake深入解读

文章目录 概述Snowflake算法的构成:Snowflake算法的特点:Snowflake算法存在的问题: 🔍 雪片算法在分布式系统中是如何保证ID的唯一性和有序性的?唯一性(Uniqueness)有序性(Orderline…

纯CSS实现UI设计中常见的丝带效果(5)

原文传送门:纯CSS实现UI设计中常见的丝带效果 网页中的丝带效果在设计中扮演着多重角色,其作用可以归纳为以下几个方面: 视觉吸引与装饰 增强视觉吸引力:丝带效果以其独特的形态和色彩,能够迅速吸引用户的注意力&…

TP41Y阀套式排污阀

在现代工业领域中,阀门作为一种关键的控制元件,广泛应用于各种流体系统中。其中,TP41Y阀套式排污阀以其独特的设计和优异的性能,在石油、天然气、化工等行业中占据了重要的地位。本文将对TP41Y阀套式排污阀进行详细的专业解析&…

Python | Leetcode Python题解之第522题最长特殊序列II

题目&#xff1a; 题解&#xff1a; class Solution:def findLUSlength(self, strs: List[str]) -> int:def is_subseq(s: str, t: str) -> bool:pt_s pt_t 0while pt_s < len(s) and pt_t < len(t):if s[pt_s] t[pt_t]:pt_s 1pt_t 1return pt_s len(s)ans …

Flink SQL中Changelog事件乱序处理原理

本文围绕Flink SQL实时数据处理中的Changelog事件乱序问题&#xff0c;分析了Flink SQL中Changelog事件乱序问题的原因&#xff0c;并提供了解决方案以及处理Changelog事件乱序的建议。以帮助您更好地理解Changelog的概念和应用&#xff0c;更加高效地使用Flink SQL进行实时数据…

HTML CSS

目录 1. 什么是HTML 2. 什么是CSS ? 3. 基础标签 & 样式 3.1 新浪新闻-标题实现 3.1.1 标题排版 3.1.1.1 分析 3.1.1.2 标签 3.1.1.3 实现 3.1.2 标题样式 3.1.2.1 CSS引入方式 3.1.2.2 颜色表示 3.1.2.3 标题字体颜色 3.1.2.4 CSS选择器 3.1.2.5 发布时间字…

Open3D(C++) 基于法线微分的点云分割

目录 一、算法原理二、代码实现三、结果展示1、原始点云2、分割结果本文由CSDN点云侠原创,原文链接,首发于:2024年11月1日。 一、算法原理 使用C++版本Open3D复现的PCL里边基于法线微分的分割算法。PCL 基于法线微分(DoN)的点云分割【2024最新版】。网上有大量相关算法介…

Xcode 15.4 运行flutter项目,看不到报错信息详情?

Xcode升级后&#xff0c;遇到了奇怪的事情&#xff1a; 运行flutter项目&#xff0c;左侧栏显示有报错信息&#xff0c;但是点击并没有跳转出具体的error详情。【之前都会自己跳转出来的&#xff0c;升级后真的是无厘头】 方案&#xff1a; 点击左侧导航栏最右边的图标——>…

Java基础(8)异常

目录 1.前言 2.正文 2.1异常的引入 2.2异常的类型 2.2.1编译时异常 2.2.2运行时异常 2.3区分Exception与Error 2.4异常的声明&#xff0c;抛出与捕获 2.4.1throw 2.4.2throws 2.4.2try-catch与finally 2.6自定义异常 3.小结 1.前言 哈喽大家好啊&#xff0c;Java…

解决rabbitmq-plugins enable rabbitmq_delayed_message_exchange :plugins_not_found

问题&#xff1a;我是在docker-compose环境部署的 services:rabbitmq:image: rabbitmq:4.0-managementrestart: alwayscontainer_name: rabbitmqports:- 5672:5672- 15672:15672environment:RABBITMQ_DEFAULT_USER: rabbitRABBITMQ_DEFAULT_PASS: 123456volumes:- ./rabbitmq/…

JavaScript语法基础——变量,数据类型,运算符和程序控制语句(小白友好篇,手把手教你学会!)

一、JavaScript概述 JavaScript是一种高级编程语言&#xff0c;常用于网页开发和服务器端应用程序。它是一种动态类型语言&#xff0c;可以在浏览器中直接解释执行&#xff0c;而不需要编译。 脚本&#xff08;Script&#xff09;是一种与计算机程序相关的指令集或代码块&…

Android 中View.post的用法

View.post 是 Android 中 View 类的一个方法&#xff0c;它允许我们在视图 (View) 完成其布局 (Layout) 阶段后&#xff0c;将一个任务放到主线程的消息队列中&#xff0c;以便稍后执行。这种方式通常用于确保在 View 的尺寸、位置等布局属性已经计算完成后执行某些操作。 基本…

健康之路押注医药零售:毛利率下滑亏损扩大,医疗咨询人次大幅减少

《港湾商业观察》黄懿 2024年9月13日&#xff0c;健康之路股份有限公司&#xff08;下称“健康之路”&#xff09;再次递表港交所&#xff0c;建银国际为独家保荐人。健康之路国内运营主体为健康之路&#xff08;中国&#xff09;信息技术有限公司和福建健康之路信息技术有限公…

在pycharm中使用sqllite

在pycharm中使用sqllite sqllite 简介 SQLite 是一个开源的、轻量级的、关系型数据库管理系统&#xff08;RDBMS&#xff09;&#xff0c;它设计用于嵌入到应用程序中&#xff0c;并且可以在无需外部服务器进程的情况下运行。SQLite 提供了完整的 SQL 语言支持&#xff0c;允…

游戏启动失败:8种修复xinput1_3.dll错误的几种方法教程,轻松解决xinput1_3.dll错误

当你准备好在一天的工作后放松一下&#xff0c;启动你最爱的游戏&#xff0c;却突然收到一个“xinput1_3.dll 丢失”的错误消息&#xff0c;这无疑是令人沮丧的。幸运的是&#xff0c;xinput1_3.dll丢失问题通常可以通过几个简单的步骤来解决。本文将详细介绍这些步骤&#xff…