Правило прямоугольников
Через одну узловую точку проводится интерполяционный полином нулевого порядка.
Значения
перемножаются
с длительностью интервала
.
При этом могут возникнуть как левосторонние,
так и правосторонние прямоугольники с
поверхностью
:
(
8 )
или
(
9 )
Общая поверхность, для правосторонних прямоугольников, будет вычисляться по формуле:
(
10 )
Правило трапеций
Через две узловые точки проводится интерполяционный полином первого порядка - узловые точки попарно соединяются между собой прямыми отрезками. При этом образуются трапеции площадью:
(
11 )
Соответственно
общая площадь
может
быть вычислена по следующей формуле:
(
12 )
Правило Симпсона
Через
три узловые точки проводится
интерполяционный полином второго
порядка. По этой квадратичной параболе
выполняется интегрирование с интервалом
.
При этом
правило Кеплера для вычисления площади
поверхности под параболой может быть
выражено следующим образом:
(
13 )
Если
площади сложить, то по правилу Симпсона
общая площадь
между
и
будет равна:
(
14 )
(
15 )
При четном числе измеренных значений, число полос будет непарным. В этом случае площадь одной полосы необходимо определить по правилу трапеций, а площадь остальных полос – по правилу Симпсона.
Литература
1 Бахвалов Н.С. Численные методы.
Исходные данные к лабораторной работе
Длительность окна наблюдения 2с. Период дискретизации 10мс. Период повторения импульсов 2с. Длительность импульса для сигналов сложной формы (затухающих – sin(x)/x, гаусс) около указанной величины (по уровню 5…10% от максимума). Расположение импульсов относительно друг друга произвольное. Импульсы должны целиком находиться в окне наблюдения.
Таблица 1 Вид сигналов
|
Вид сигнала |
|||||||||
|
“Радиоимпульс” с прямоугольной огибающей и гармоническим заполнением |
“Видеоимпульс” |
“Псевдослучайный” |
|||||||
n/n |
U, В |
23 |
φ,º |
τ,с |
U, В |
τ,с |
Тип* |
М,В |
σ2, В2 |
τ,с |
1 |
1.9 |
10 |
230 |
0.2 |
2.5 |
0.2 |
Бартлетта |
0.7 |
1.3 |
0.5 |
2 |
4.8 |
25 |
180 |
0.3 |
0.4 |
0.1 |
Парзена |
0.4 |
1.8 |
0.6 |
3 |
0.9 |
14 |
250 |
0.1 |
2.1 |
0.3 |
Гаусса, a=1 |
0.9 |
2.5 |
0.6 |
4 |
0.4 |
15 |
40 |
0.5 |
1.8 |
0.5 |
Коши, a=1 |
0.5 |
1.9 |
0.5 |
5 |
0.8 |
7 |
50 |
0.4 |
2.0 |
0.2 |
Дирихле |
0.7 |
4.8 |
0.1 |
6 |
1.2 |
12 |
45 |
0.7 |
1.1 |
0.5 |
Блэкмана-Хэрриса |
0.2 |
0.9 |
0.9 |
7 |
1.0 |
18 |
70 |
0.4 |
0.8 |
0.3 |
Блэкмана |
0.8 |
0.4 |
0.2 |
8 |
2.0 |
17 |
80 |
0.9 |
0.8 |
0.1 |
Ханна |
1.8 |
0.8 |
0.1 |
9 |
0.8 |
5 |
170 |
0.5 |
2.4 |
0.6 |
Хемминга |
1.9 |
1 |
0.3 |
10 |
1.6 |
19 |
135 |
0.7 |
1.4 |
0.9 |
Парзена |
4.8 |
1.0 |
0.5 |
11 |
1.0 |
9 |
190 |
0.1 |
2.3 |
0.5 |
Римана |
0.9 |
2.0 |
0.2 |
12 |
2.1 |
10 |
90 |
0.5 |
1.4 |
0.3 |
Рисса |
0.4 |
0.8 |
0.5 |
13 |
2.2 |
8 |
100 |
0.6 |
0.2 |
0.1 |
плосковершинное |
0.8 |
1.6 |
0.3 |
14 |
3.3 |
15 |
135 |
0.6 |
0.4 |
0.1 |
Парзена |
1 |
0.1 |
0.1 |
15 |
1.9 |
16 |
150 |
0.5 |
0.3 |
0.3 |
Ханна |
1.0 |
0.2 |
0.6 |
16 |
0.7 |
12 |
160 |
0.1 |
0.8 |
0.5 |
Блэкмана |
0.3 |
0.3 |
0.9 |
17 |
1.2 |
10 |
120 |
0.2 |
0.4 |
0.4 |
Блэкмана-Хэрриса |
0.2 |
0.2 |
0.5 |
18 |
1.6 |
13 |
180 |
0.3 |
0.9 |
0.3 |
Гаусса, a=3 |
0.4 |
0.4 |
0.3 |
19 |
1.3 |
14 |
130 |
0.2 |
2.5 |
0.2 |
Коши , a=3 |
0.5 |
1.8 |
0.1 |
20 |
1.8 |
1 |
140 |
0.4 |
0.2 |
0.1 |
Дирихле |
2.0 |
2.5 |
0.1 |
21 |
2.5 |
5 |
135 |
0.5 |
0.8 |
0.5 |
Бартлетта |
1.1 |
1.9 |
0.3 |
22 |
1.9 |
20 |
45 |
0.4 |
1.8 |
0.5 |
Парзена |
0.8 |
0.9 |
0.5 |
23 |
2.0 |
21 |
200 |
0.1 |
1.1 |
0.1 |
Гаусса, a=1 |
0.8 |
0.4 |
0.4 |
24 |
2.1 |
22 |
210 |
0.3 |
2.4 |
0.5 |
Ханна |
2.4 |
0.8 |
0.9 |
25 |
1.8 |
22 |
220 |
0.5 |
0.4 |
0.3 |
Бартлет |
1.4 |
1 |
0.5 |
26 |
1.2 |
15 |
80 |
0.1 |
1.4 |
0.1 |
Блэкмана-Хэрриса |
1.9 |
2.5 |
0.3 |
27 |
1.0 |
16 |
170 |
0.5 |
2.3 |
0.6 |
Блэкмана |
4.8 |
1.9 |
0.5 |
28 |
2.0 |
12 |
135 |
0.6 |
1.4 |
0.9 |
Коши , a=3 |
0.9 |
4.8 |
0.2 |
29 |
0.8 |
10 |
190 |
0.6 |
0.2 |
0.5 |
Хемминга |
0.4 |
0.9 |
0.5 |
30 |
1.6 |
13 |
90 |
0.5 |
0.4 |
0.3 |
Бартлетта |
0.8 |
0.4 |
0.3 |
*Формулы для построения видеоимпульса можно найти в Лаб. раб. №3 в разделе весовые окна.
Условные обозначения:
U –амплитуда сигнала,
f – частота периодического сигнала,
φ-начальная фаза периодического сигнала,
τ -длительность импульса.
М – математическое ожидание
σ2 –дисперсия
Рис. - Схема электрическая
Таблица 2 Расчетные параметры
|
Вид параметра |
||
n/n |
Базовое значение напряжения, В |
Сопротивление нагрузки, Ом |
Метод интегрирования** |
1 |
1е-6 |
150 |
ПП |
2 |
1е-3 |
300 |
ПТ |
3 |
1 |
1 |
ПС |
4 |
1е-6 |
50 |
ПП |
5 |
1е-3 |
1 |
ПТ |
6 |
1 |
50 |
ПС |
7 |
1е-6 |
150 |
ПП |
8 |
1е-3 |
300 |
ПС |
9 |
1 |
1 |
ПП |
10 |
1е-6 |
50 |
ПТ |
11 |
1е-3 |
75 |
ПС |
12 |
1 |
1 |
ПП |
13 |
1е-6 |
50 |
ПТ |
14 |
1е-3 |
75 |
ПС |
15 |
1 |
150 |
ПП |
16 |
1е-6 |
300 |
ПТ |
17 |
1е-3 |
1 |
ПС |
18 |
1 |
50 |
ПП |
19 |
1е-6 |
75 |
ПТ |
20 |
1е-3 |
75 |
ПС |
21 |
1 |
150 |
ПП |
22 |
1е-6 |
300 |
ПП |
23 |
1е-3 |
75 |
ПТ |
24 |
1 |
150 |
ПС |
25 |
10 |
300 |
ПТ |
**Условные сокращения:
ПП - Правило прямоугольников,
ПТ - Правило трапеций
ПС - Правило Симпсона
Содержание лабораторной работы
Задание №1: Синтезировать и построить графики функций указанных в соответствующей ячейке (порядковый номер в журнале группы) таблицы №1 исходных данных.
Синтезировать и построить график суммы сигналов указанных в задании.
Задание №2: За время наблюдения определить (для каждого сигнала и их суммы):
1) максимальное значение напряжения,
2) среднее значение напряжения,
3) средневыпрямленное значение напряжения,
4) действующее значение напряжения,
5) коэффициент формы,
6) коэффициент амплитуды,
7) уровень максимального значения сигнала относительно заданного в таблице №2 исходных данных(20*lg(x/x0), дБ),
8) функцию скорости изменения напряжения,
9) функцию мгновенного значения электрической мощности на нагрузке,
10) функцию значения энергии выделившаяся на нагрузке за прошедший интервал времени.