哈工大系统辨识实验一

1、实验1 白噪声和M序列的产生实验报告哈尔滨工业大学航天学院控制科学与工程系专业： 自动化 班级： 110410420 姓名： 日期： 2014 年 10 月 12 日1实验题目： 白噪声和M序列的产生 2实验目的1、熟悉并掌握产生均匀分布随机序列方法以及进而产生高斯白噪声方法2、熟悉并掌握M序列生成原理及仿真生成方法3实验主要原理1、混合同余法混合同余法是加同余法和乘同余法的混合形式，其迭代式如下：式中a为乘子，为种子，b为常数，M为模。混合同余法是一种递归算法，即先提供一个种子，逐次递归即得到一个不超过模M的整数数列。2、正态分布随机数产生方法由独立同分布中心极限定理有：设随机变量相互独立，

2、服从同一分布，且具有数学期望和方差：则随机变量之和的标准化变量:近似服从分布。如果服从0, 1均匀分布，则上式中，。即近似服从分布。3、M序列生成原理用移位寄存器产生M序列的简化框图如下图所示。该图表示一个由4个双稳态触发器顺序连接而成的4级移位寄存器，它带有一个反馈通道。当移位脉冲来到时，每级触发器的状态移到下一级触发器中，而反馈通道按模2加法规则反馈到第一级的输入端。4实验对象或参数1、生成均匀分布随机序列（1）利用混合同余法生成0, 1区间上符合均匀分布的随机序列，并计算该序列的均值和方差，与理论值进行对比分析。要求序列长度为1200，推荐参数为a=65539，M=2147483647，

3、0<x0<M。（2）将0, 1区间分为不重叠的等长的10个子区间，绘制该随机序列落在每个子区间的频率曲线图，辅助验证该序列的均匀性。（3）对上述随机序列进行独立性检验。（该部分为选作内容）2、生成高斯白噪声利用上一步产生的均匀分布随机序列，令n=12，生成服从N(0,1)的白噪声，序列长度为100，并绘制曲线。3、生成M序列M序列的循环周期取为，时钟节拍，幅度，逻辑“0”为a，逻辑“1”为-a，特征多项式。生成M序列的结构图如下所示。C1C2C3C4C5C6CPM(6)M(5)+M(4)M(3)M(2)M(1)M(0)要求编写Matlab程序生成该M序列，绘制该信号曲线，并分析验证

4、M序列的性质。5程序框图设定参数a,b,M,X1开始实验1.1是否达到预定长度 N Y 绘图 结束实验1.2开始设定参数n=12，分组数m=100 i=i+1白噪声迭代sig(i) = sig(i) + r(n * (i - 1) + j) i<100? 否是绘图结束实验1.3开始 初始化x1到x6；振幅a；M序列长度Np输出X6temp=xor(x5,x6)移位X1=temp是否达到Np 否是绘图结束6程序代码%实验1.1a=65539;M=2147483647;b=100;x(1)=12345;r(1)=x(1)/M;for i=1:1200 x(i+1)=mod(a*x(i)+b,

5、M); r(i+1)=x(i+1)/M;endfigure(1)plot(r) %绘出随机序列figure(2) hist(2) %生成频率统计图%-% %实验1.2n = 12;m= 100; %将随机序列分为100组 for i = 1 : m %计算白噪声信号 sig(i)=0; for j = 1 : n sig(i) = sig(i) + r(n * (i - 1) + j); endendsig = sig - 12*0.5; figure(3);plot(sig); %绘制白噪声信号figure(4);hist(sig); %生成的白噪声的频率统计图%-%实验1.3x=1,0,0

6、,1,1,0; %初始化Np=26-1;%M序列长度a=1 %振幅for i=1:Np y(i)=x(6); temp=xor(x(5),x(6); for j=5:-1:1 x(j+1)=x(j); end x(1)=temp; endfor i=1:Np if(y(i)=0) y(i)=a; else y(i)=-a; endendfigure(5)stairs(y);ylim(-1.5,1.5);7实验结果及分析实验1.1程序运行计算出序列的均值：mean_r =0.4897，与理论值0.5很接近；序列的方差var_r =0.0824，与理论值1/12很接近使用混合同余法得到生成的0-1

7、均布随机序列如下所示：得到的该随机序列落在10个子区间的频率曲线图如下：从上图可以发现用混合同余法得到的随机序列平均分布性较好。实验1.2生成的白噪声信号如下图所示：生成的白噪声的频率统计图如下：从上图中，我们可以看到，生成的白噪声信号基本服从N(0,1)分布实验1.3生成的M序列如下图所示：验证M序列性质：均衡特性：m序列每一周期中 1 的个数比 0 的个数多 1 个（-a和a的个数差1）测试程序： a=sum(y=0)b=sum(y=1)得到结果：a =31b =32结论：从测试结果看每一周期中一的个数比0的个数多1个，与结论相符。游程特性：m序列的一个周期(p=2n-1)中，游程总数为2

8、n-1。其中长度为k的游程个数占游程总数的 1/2k=2-k，而且，在长度为k 游程中，连 1游程与连 0 游程各占一半，其中 1k(n-2)。长为(n-1)的游程是连 0 游程， 长为 n 的游程是连 1 游程。 测试程序：%游程性质测试程序zero=1;one=1;M_zero=zeros(1,16);M_one=zeros(1,16);for i=1:63 if(i<=62) if(y(i)=1) if(y(i)=y(i+1) M_one(one)= M_one(one)+1; one=one+1; else M_one(one)= M_one(one)+1; end else i

9、f(y(i)=y(i+1) M_zero(zero)=M_zero(zero)+1; zero=zero+1; else M_zero(zero)=M_zero(zero)+1; end end else if(y(i)=1) if(y(i)=y(1) one=one+1; M_one(one)=M_one(one)+1; end else if(y(i)=y(1) zero=zero+1; M_zero(zero)=M_zero(zero)+1; end end endenddisplay(M_zero);display(M_one); 得到的M序列0，1游程结果分别如下所示：M_zero

10、=1 2 1 1 1 5 4 3 1 2 1 3 2 2 1 1M_one =2 2 1 1 6 1 2 1 1 4 1 3 1 1 2 2发现游程特性符合结果。移位相加特性：m序列和它的位移序列模二相加后所得序列仍是该m序列的某个位移序列。测试程序：%移位相加特性验证M1=circshift(y',3)' %将所产生的M序列向左移位3M2=xor(y,M1) %将所产生的移位序列与原M序列模2相加flag=0;i=1; while 1 if(circshift(M2',i)'=y) flag=1; break; end i=i+1; enddisplay(flag) %显示标志位display(i) %显示移位次数实验结果如下所示：flag = 1i =29说明M序列移位29次后与相加后的M序列相等。8结论本次试验主要实践了混合同余法，正态分布随机数产生方法，M序列生成原理，生成均匀分布随机序列，生成高斯白噪