MATLAB и SIMULINK для радиоинженеров

В. П. Дьяконов
MATLAB и SIMULINK
для радиоинженеров
2-е издание, электронное
Москва, 2023

УДК 32.973.26-018.2
ББК 32.844-02
Д93
Д93
Дьяконов, Владимир Павлович.
MATLAB и SIMULINK для радиоинженеров / В. П. Дьяконов. — 2-е изд., эл. — 1 файл 
pdf : 977 с. — Москва : ДМК Пресс, 2023. — Систем. требования: Adobe Reader XI либо Adobe 
Digital Editions 4.5 ; экран 10". — Текст : электронный.
ISBN 978-5-89818-616-6
Книга посвящена применению матричной системы MATLAB в радиотехнических расчетах и в 
моделировании радиоэлектронных устройств и систем. Впервые описаны новейшие версии MATLAB 
с пакетами расширения Simulink, Signal Processing Toolbox, Filter Design Toolbox, RF Toolbox и 
Blockset, Wavelet Toolbox, Control Systems, SimPowerSystems и др. Описаны новейшие пакеты Simscape 
и SimElectronics моделирования электронных схем. Наряду с функциями командного режима работы 
описан интерактивный и визуально-ориентированный инструментарий пакетов c графическим интерфейсом пользователя GUI и математическое моделирование систем и устройств в среде Simulink. 
Описана интеграция MATLAB с современными цифровыми радиоизмерительными приборами и 
виртуальными лабораториями для управления приборами и обработки реальных осциллограмм. Для 
научных работников, инженеров в области обработки и фильтрации сигналов и изображений, студентов и преподавателей университетов и вузов.
УДК 32.973.26-018.2 
ББК 32.844-02
Электронное издание на основе печатного издания: MATLAB и SIMULINK для радиоинженеров /В. П. Дьяконов. — Москва : ДМК Пресс, 2016. — 976 с. — ISBN 978-5-97060-345-1. — Текст : непосредственный.
Все права защищены. Любая часть этой книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме и какими бы то 
ни было средствами без  письменного разрешения владельцев авторских прав.
Материал, изложенный в данной книге, многократно проверен. Но поскольку вероятность технических ошибок все равно 
существует, издательство не может гарантировать абсолютную точность и правильность приводимых сведений. В связи с этим 
издательство не несет ответственности за возможные ошибки, связанные с использованием книги.
В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений, установленных техническими средствами защиты авторских прав, 
правообладатель вправе требовать от нарушителя возмещения убытков или выплаты компенсации.
ISBN 978-5-89818-616-6
© Дьяконов В. П.
© Оформление, издание, ДМК Пресс

Краткое оглавление
Введение ........................................................................................... 3
Предупреждения ............................................................................ 40
Благодарности ................................................................................ 41
Адреса для переписки ................................................................... 41
Глава 1. РАБОТА С MATLAB И SIMULINK ..................................... 43
Глава 2. РАСЧЕТ ЦЕПЕЙ И МОДЕЛИРОВАНИЕ СИГНАЛОВ
МОДЕЛИРОВАНИЕ И ФИЛЬТРАЦИЯ СИГНАЛОВ ....................... 119
Глава 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ И ФИЛЬТРАЦИЯ СИГНАЛОВ ........ 253
Глава 4. СПЕЦИАЛЬНЫЕ СРЕДСТВА ОБРАБОТКИ
СИГНАЛОВ И ПРОЕКТИРОВАНИЯ ФИЛЬТРОВ ........................... 315
Глава 5. ВЕЙВЛЕТЫ В ПАКЕТЕ WAVELET TOOLBOX ................. 413
Глава 6. ПРИМЕНЕНИЕ ВЕЙВЛЕТОВ .......................................... 505
Глава 7. ПРОЕКТИРОВАНИЕ РАДИОЧАСТОТНЫХ
И ЭЛЕКТРОННЫХ ЦЕПЕЙ И УСТРОЙСТВ .................................... 595
Глава 8. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ
РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ .................................................. 675
Глава 9. МОДЕЛИРОВАНИЕ НЕЛИНЕЙНЫХ
УСТРОЙСТВ И СИСТЕМ ................................................................ 801
Глава 10. РАБОТА MATLAB С ИЗМЕРИТЕЛЬНЫМИ
ПРИБОРАМИ .................................................................................. 881
Список литературы ...................................................................... 970

Оглавление
Введение ............................................................................... 33
Предупреждения .............................................................. 40
Благодарности ................................................................... 41
Адреса для переписки .................................................. 41
Глава 1. Работа с MATLAB и SIMULINK ................ 43
1.1. Назначение и особенности системы MATLAB ......... 44
1.1.1. Назначение системы MATLAB ......................................... 44
1.1.2. Особенности версии MATLAB 7.* + Simulink 6.*/7.* ......... 45
1.1.3. Особенности реализации версий MATLAB R2007a,b ........46
1.1.4. Особенности реализации версий MATLAB R2008a,b ....... 47
1.1.5. Особенности реализации версии MATLAB R2009a .......... 47
1.2. Установка и файловая система MATLAB 7.* ............ 48
1.2.1. Системные требования к установке ................................ 48
1.2.2. Инсталляция системы MATLAB R2007 ............................. 49
1.2.3. Инсталляция системы MATLAB R2008/R2009 .................. 51
1.2.4. Файловая система MATLAB ............................................ 53
1.3. Общие возможности MATLAB ..................................... 53
1.3.1. Интеграция с другими программными системами .......... 53
1.3.2. Ориентация на матричные операции .............................. 54
1.3.3. Расширяемость системы ................................................ 55
1.3.4. Мощные средства программирования ........................... 56
1.3.5. Визуализация и графические средства .......................... 56
1.4. Начало работы с MATLAB R2008a .............................. 57
1.4.1. Запуск MATLAB и работа в режиме диалога .................... 57
1.4.2. Классический интерфейс MATLAB .................................. 58
1.4.3. MATLAB в роли мощного научного калькулятора ............. 59
1.4.4. Перенос строки в сессии ................................................ 60
1.4.5. Запуск примеров применения MATLAB
из командной строки ............................................................... 61

Оглавление
5
1.4.6. Ввод и вычисление математических выражений ............. 62
1.5. Типы данных ................................................................... 62
1.5.1. Действительные числа и их форматы ............................. 62
1.5.2. Комплексные числа и функции работы с ними ................ 63
1.5.3. Константы и системные переменные .............................. 64
1.5.4. Работа с массивами, векторами и матрицами ................ 65
1.5.5. Текстовые комментарии ................................................. 68
1.5.6. Переменные и работа с ними ......................................... 68
1.5.7. Операторы и функции ..................................................... 69
1.5.8. Применение оператора : (двоеточие) числовой
последовательности ................................................................ 71
1.5.9. Сообщения об ошибках и исправление ошибок .............. 73
1.6. Элементы программирования с среде MATLAB ..... 74
1.6.1. Функции пользователя ................................................... 74
1.6.2. Управляющие структуры ................................................. 75
1.6.3. Файлы-сценарии и файлы-функции ............................... 78
1.6.4. Основы работы с редактором файлов ............................. 81
1.7. Операции с рабочей областью, текстом
сессии и редактором m-файлов ........................................ 82
1.7.1. Дефрагментация рабочей области ................................. 82
1.7.2. Сохранение рабочей области сессии ............................. 83
1.7.3. Ведение дневника .......................................................... 83
1.7.4. Загрузка рабочей области сессии .................................. 85
1.7.5. Завершение вычислений и работы с системой ............... 85
1.8. Графика системы MATLAB ........................................... 86
1.8.1. Особенности графики системы MATLAB ......................... 86
1.8.2. Графики функций одной переменной ............................. 87
1.8.3. Построение графиков функций двух переменных
(3D-типа) ................................................................................. 89
1.8.4. Форматирования и редактирование графиков ................ 92
1.9. Специальные средства графики ................................ 97
1.9.1. Обработка данных в графическом окне .......................... 97
1.9.2. Полиномиальная регрессия для табличных данных ........ 97
1.9.3. Оценка погрешности аппроксимации ............................. 99

Оглавление
1.9.4. Расширенные возможности окна
приближения кривых ............................................................. 101
1.9.5. Сплайновая и эрмитовая интерполяции
в графическом окне ............................................................... 101
1.9.6. Графики разного типа в одном окне .............................. 103
1.9.7. Низкоуровневая дескрипторная графика ...................... 105
1.10. Работа со справкой и демонстрационными
примерами MATLAB ............................................................ 106
1.10.1. Запуск справочной системы Help Desk ....................... 106
1.10.2. Работа с демонстрационными примерами .................. 108
1.11. Пакет блочного имитационного
моделирования Simulink .................................................... 109
1.11.1. Доступ к пакету расширения Simulink .......................... 109
1.11.2. Построение диаграмм моделей в Simulink .................. 111
1.11.3. Запуск моделей Simulink из среды MATLAB ................. 114
1.11.4. Особенности интерфейса Simulink .............................. 114
1.11.5. Поиск и загрузка модели ............................................ 115
1.11.6. Установка параметров компонентов модели
и моделирования ................................................................... 116
1.11.7. Запуск процесса моделирования ................................ 118
Глава 2. Расчет цепей и моделирование
сигналов ............................................................................... 119
2.1. Символьные расчеты простых
электронных цепей ............................................................. 120
2.1.1. Пакет символьной математики Symbolic
Math Toolbox(tm) .................................................................... 120
2.1.2. Символьные функции и переменные ............................ 123
2.1.3. Символьные матричные операции ................................ 126
2.1.4. Символьные функции математического анализа .......... 131
2.1.5. Символьные интегральные преобразования ................. 138
2.1.6. Задачи на комбинированное соединение
компонентов .......................................................................... 143
2.1.7. Расчет передачи энергии от двух источников
постоянного тока ................................................................... 144

Оглавление
7
2.1.8. Пример применения метода узловых потенциалов ....... 145
2.1.9. Расчет мостовой схемы методом контурных токов ........ 146
2.1.10. Примеры расчета цепей на переменном токе ............. 147
2.1.11. Примеры расчета переходных процессов
в RC-цепях ............................................................................. 147
2.1.12. Применение интеграла Дюамеля ................................ 150
2.1.13. Расчет переходных процессов включения реле ........... 151
2.1.14. Расчет и построение АЧХ и ФЧХ электрических
цепей ..................................................................................... 152
2.2. Представление сигналов и зависимостей ............. 155
2.2.1. Сигналы и их виды ........................................................ 155
2.2.2. Примеры моделирования сигналов средствами
ядра MATLAB ......................................................................... 157
2.2.3. Аппроксимация и интерполяция нелинейных
зависимостей ........................................................................ 161
2.2.4. Фурье-интерполяция периодических функций .............. 168
2.2.5. Прохождение сигналов через искажающие
устройства ............................................................................. 169
2.2.6. Быстрые прямое и обратное преобразования Фурье .... 170
2.3. Начало работы с пакетом Signal
Processing Toolbox .............................................................. 175
2.3.1. Назначение пакета Signal Processing Toolbox 6.0/6.1 .... 175
2.3.2. Общепринятые сокращения и условные обозначения ... 176
2.3.3. Установка пакета Signal Processing Toolbox ................... 177
2.3.4. Информационная поддержка пакета
Signal Processing Toolbox ....................................................... 178
2.4. Работа с комплексными числами и массивами .... 181
2.4.1. Вычисление модуля комплексного числа — abs ............ 181
2.4.2. Вычисление фазы комплексного числа — angle ............ 182
2.4.3. Группирование комплексных чисел — cplxpair .............. 182
2.4.4. Преобразование в инверсный битовый
порядок — bitrevorder ............................................................ 183
2.4.5. Функция удаления элементов в массиве downsample ... 183
2.4.6. Добавление элементов в массив upsample ................... 184
2.4.7. Дискретная фильтрация ............................................... 185

Оглавление
2.5. Функции Signal Processing для моделирования
сигналов ................................................................................ 188
2.5.1. Косинусоида с переменной частотой — chirp ................ 188
2.5.2. Функция Дирихле — diric .............................................. 190
2.5.3. Синусоида, модулированная функцией
Гаусса — gauspuls .................................................................. 191
2.5.4. Генерация Гауссового моноимпульса — gmonopuls ...... 192
2.5.5. Генерация импульсов — pulstran .................................. 193
2.5.6. Генерация пилообразного или треугольного
колебания — sawtooth ............................................................ 194
2.5.7. Функция sinc и интерполяция сигнала .......................... 195
2.5.8. Генерация прямоугольных импульсов — square ............ 196
2.5.9. Генерация апериодических треугольных
импульсов — tripuls ................................................................ 197
2.5.10. Управляемый напряжением источник — vco ............... 198
2.6. Функции задания окон ................................................ 199
2.6.1. Назначение окон .......................................................... 199
2.6.2. Задание окна Бартлетта — bartlett ................................ 200
2.6.3. Задание окна Блэкмана — blackman ............................. 200
2.6.4. Задание прямоугольного окна — boxcar ....................... 201
2.6.5. Задание окна Чебышева — chebwin .............................. 201
2.6.6. Задание окна Хэмминга — hamming ............................. 201
2.6.7. Задание окна Хэннинга — hanning ................................ 202
2.6.8. Задание окна Кайзера — kaizer ..................................... 202
2.6.9. Создание треугольного окна — triang ........................... 203
2.6.10. Новые функции задания окон ...................................... 203
2.6.11. Обобщенная функция задания окон — window ............ 204
2.6.12. Построение графиков амплитудного спектра окон ...... 204
2.6.13. Применение вьювера окон VWTool .............................. 206
2.7. Изменение частоты дискретизации сигналов ....... 206
2.7.1. Децимация — decimate ................................................. 206
2.7.2. Интерполяция сигналов — interp ................................... 208
2.7.3. Рациональное изменение частоты
дискретизации — resample .................................................... 210
2.8. Модуляция и демодуляция сигналов ...................... 212

Оглавление
9
2.8.1. Создание модулированных сигналов — modulate ......... 212
2.8.2. Демодуляция сигналов — demod .................................. 213
2.8.3. Пофрагментный вывод сигналов — strips ...................... 214
2.9. Специальные операции с сигналами ...................... 215
2.9.1. Создание буфера кадров сигнала — buffer ................... 215
2.9.2. Свертка одномерных сигналов — conv .......................... 216
2.9.3. Операция, обратная свертке — deconv ......................... 217
2.9.4. Свертка двумерная и многомерная — conv2 и convn ..... 217
2.9.5. Дискретные сфероидальные
последовательности — dpss .................................................. 217
2.10. Дискретные быстрые преобразования Фурье .... 218
2.10.1. Прямое одномерное дискретное БПФ — fft ................. 218
2.10.2. Перегруппировка выходного массива
преобразования Фурье — fftshift ............................................ 220
2.10.3. Обратное одномерное дискретное БПФ — ifft ............. 221
2.10.4. Матрица дискретного преобразования
Фурье — dftmtx ...................................................................... 221
2.10.5. Прямое и обратное двумерное БПФ — fft2 и ifft2 ......... 222
2.11. Специальные виды преобразования сигналов ... 223
2.11.1. Прямое дискретное косинусное
преобразование — dct ........................................................... 223
2.11.2. Обратное дискретное косинусное
преобразование — idct .......................................................... 224
2.11.3. Z-преобразование по спиральному контуру — czt ....... 224
2.11.4. Преобразование Гильберта — Hilbert .......................... 226
2.12. Кепстральный анализ ............................................... 227
2.12.1. Комплексный кепстр действительной
последовательности — cceps ................................................ 227
2.12.2. Вещественный кепстр и минимально-фазовая
реконструкция — rceps .......................................................... 228
2.12.3. Обратный комплексный кепстр — icceps ..................... 228
2.13. Спектральный анализ дискретных сигналов ....... 228
2.13.1. Основы спектрального анализа дискретных
сигналов ................................................................................ 228
2.13.2. Параметры функций спектрального анализа ............... 230

Оглавление
2.13.3. Метод Бурга — pburg .................................................. 231
2.13.4. Ковариационный метод — pcov .................................. 233
2.13.5. Модифицированный ковариационный
метод — pmcov ...................................................................... 234
2.13.6. Многооконный метод — pmtm .................................... 234
2.13.7. Метод Уэлча — pwelch ................................................ 235
2.13.8. Метод собственных значений — peig .......................... 237
2.13.9. Метод Юла-Уокера — pyulear ...................................... 237
2.13.10. Метод классификации множественных
сигналов — pmusic ................................................................. 238
2.13.11. Вычисление частот и мощностей
по алгоритму MUSIC — rootmusic ........................................... 239
2.13.12. Сравнение спектральных оценок
разными методами ................................................................ 240
2.14. Статистика сигналов ................................................. 241
2.14.1. Оценка КМК двух сигналов — cohere ........................... 241
2.14.2. Взаимная СПМ двух сигналов — csd ........................... 242
2.14.3. Вычисление корреляционной и ковариационной
матриц — corrcoef и cov ......................................................... 244
2.14.4. Взаимная корреляционная функция — xcorr и xcorr2 ... 244
2.14.5. Оценка матрицы автокорреляции — corrmtx ............... 246
2.14.6. Взаимная ковариационная функция xcov .................... 246
2.15. Средства визуализации спектра сигналов .......... 246
2.15.1. Построение периодограмм — periodogramm .............. 246
2.15.2. Построение графиков спектральной плотности .......... 247
2.15.3. Построение спектрограмм — specgram ...................... 248
2.15.4. Применение функции дискретного
Фурье-преобразования goertzel ............................................. 252
Глава 3. Моделирование и фильтрация
сигналов ............................................................................... 253
3.1. Построение характеристик фильтров ..................... 254
3.1.1. Классификация фильтров ............................................. 254
3.1.2. Основные структуры фильтров ..................................... 256
3.1.3. АЧХ аналогового фильтра — freqs ................................. 257