Haute Ecole d’Ingéniérie et de Gestion du canton de Vaud (HEIG-Vd)
Département de la formation en emploi Filière Electricité Filière Télécommunications (RS et IT)
Traitement de Signal (TS)
Corrigé des exercices
A i
i
utomatisation n s t i t u t d ' n d u s t r i e l l eProf. Michel ETIQUE, janvier 2006, Yverdon-les-Bains
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HEIG-Vd Traitement de Signal (TS)
Corrigé des exercices, v 1.16 2 MEE\co_ts.tex\19 mai 2006
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Table des matières
1 Analyse des signaux périodiques 5
1.1 Corrigé des exercices . . . 5
1.1.1 Exercice SF 1 . . . 5
1.1.2 Exercice SF 2 . . . 11
1.1.3 Exercice SF 3 . . . 14
1.1.4 Exercice SF 4 . . . 14
1.1.5 Exercice SF 5 . . . 20
1.1.6 Exercice SF 6 . . . 22
1.1.7 Exercice SF 7 . . . 30
1.1.8 Exercice SF 8 . . . 31
1.1.9 Exercice SF 15 . . . 37
1.1.10 Exercice SF 16 . . . 40
1.1.11 Exercice SF 17 . . . 47
1.1.12 Exercice SF 21 . . . 51
2 Analyse des signaux non périodiques 53 2.1 Corrigé des exercices . . . 53
2.1.1 Exercice TF 1 . . . 53
2.1.2 Exercice TF 2 . . . 54
2.1.3 Exercice TF 3 . . . 57
2.1.4 Exercice TF 4 . . . 59
2.1.5 Exercice TF 5 . . . 63
2.1.6 Exercice TF 6 . . . 63
2.1.7 Exercice TF 7 . . . 65
2.1.8 Exercice TF 8 . . . 65
2.1.9 Exercice TF 9 . . . 66
2.1.10 Exercice TF 10 . . . 66
2.1.11 Exercice TF 11 . . . 67
2.1.12 Exercice TF 12 . . . 68
2.1.13 Exercice TF 13 . . . 68
2.1.14 Exercice TF 14 . . . 68
2.1.15 Exercice TF 15 . . . 69
2.1.16 Exercice TF 16 . . . 70
Corrigé des exercices, v 1.16 3 MEE\co_ts.tex\19 mai 2006
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2.1.17 Exercice TF 17 . . . 71
2.1.18 Exercice TF 18 . . . 73
2.1.19 Exercice TF 19 . . . 73
2.1.20 Exercice TF 20 . . . 74
2.1.21 Exercice TF 21 . . . 74
2.1.22 Exercice TF 22 . . . 74
2.1.23 Exercice TF 23 . . . 75
2.1.24 Exercice TF 24 . . . 75
2.1.25 Exercice TF 25 . . . 76
2.1.26 Exercice Corr 1 . . . 76
2.1.27 Exercice Corr 2 . . . 80
3 Echantillonnage des signaux analogiques 81 3.1 Corrigé des exercices . . . 81
3.1.1 Exercice ECH 1 . . . 81
3.1.2 Exercice ECH 2 . . . 82
3.1.3 Exercice ECH 3 . . . 82
3.1.4 Exercice ECH 4 . . . 83
3.1.5 Exercice ECH 5 . . . 84
3.1.6 Exercice ECH 6 . . . 84
3.1.7 Exercice ECH 7 . . . 85
3.1.8 Exercice ECH 8 . . . 85
3.1.9 Exercice ECH 9 . . . 85
3.1.10 Exercice ECH 10 . . . 86
3.1.11 Exercice ECH 11 . . . 86
3.1.12 Exercice ECH 12 . . . 86
3.1.13 Exercice ECH 13 . . . 87
3.1.14 Exercice ECH 14 . . . 87
3.1.15 Exercice ECH 15 . . . 89
3.1.16 Exercice ECH 16 . . . 90
3.1.17 Exercice ECH 17 . . . 90
3.1.18 Exercice ECH 18 . . . 91
Corrigé des exercices, v 1.16 4 MEE\co_ts.tex\19 mai 2006
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Chapitre 1
Analyse des signaux périodiques
1.1 Corrigé des exercices
1.1.1 Exercice SF 1
Considérant les 2 signaux suivants pour lesquels f0 = 1 [kHz]
x1(t) = 6−2·cos (2·π·f0·t) + 3·sin (2·π·f0·t) x2(t) = 4 + 1.8·cos 2·π·f0·t+ π3
+ 0.8·sin (6·π·f0·t)
1. dessinez leurs spectres d’amplitude et de phase unilatéraux et bilatéraux ; 2. écrivez x1(t) etx2(t)sous forme de série de Fourier complexe.
Corrigé
x1(t) = 6−2·cos (2·π·f0·t) + 3·sin (2·π·f0·t) :
Pour x1(t), en comparant à la relation générale du développement en série de Fourier,
x(t) = a0 2 +
∞
X
k=1
ak·cos (2·π·k·f0·t) +
∞
X
k=1
bk·sin (2·π·k·f0·t) (1.1) on a :
1. Une composante continue a20 = 122 = 6
2. Une harmonique 1 (fondamental) à f0 = 1 [kHz], avec a1 = −2 et b1 = 3
Pour la représentation des spectres unilatéraux et bilatéraux, il faut calculer la série de Fourier en cosinus ainsi que la série de Fourier complexe. On a tout d’abord pour la série en cosinus :
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0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
x 10−3 2
4 6 8 10
Signal temporel
x(t)
temps
0 1000 2000 3000 4000 5000
0 2 4 6
Spectre unilatéral
A k
k f0
0 1000 2000 3000 4000 5000
−1
−0.5 0 0.5 1
αk / π
k f0
−50000 0 5000
2 4 6
Spectre bilatéral
|X(jk)|
k f0
−5000−1 0 5000
−0.5 0 0.5 1
/X(jk) / π
k f0
f_ex_SF_1_1_1.eps
Fig. 1.1 – Spectres unilatéral et bilatéral de x1(t) (fichier source).
A0 = a0 2 = 12
2 = 6 A1 =
q
a21+b21 =p
(−2)2+ 32 = 3.6056 α1 = arctan
−b1 a1
= arctan −3
−2
=−2.1588 [rad] =−123.6901 [◦] On peut donc écrire :
x1(t) = 6−2·cos (2·π·f0·t) + 3·sin (2·π·f0·t)
=A0+A1 ·cos (2·π·f0·t+α1)
= 6 + 3.6056·cos (2·π·f0·t−2.1588) x2(t) = 4 + 1.8·cos 2·π·f0·t+π3
+ 0.8·sin (6·π·f0·t) :
Pourx2(t), on a en se référant au développement en série de Fourier (1.1 ) : 1. Une composante continue a20 = 82 = 4
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2. Des harmoniques à f0 = 1 [kHz] et 3·f0 = 3 [kHz], avec a1 et b1 à calculer, a3 = 0, b3 = 0.8
Pour la représentation des spectres unilatéraux et bilatéraux, il faut calculer la série de Fourier en cosinus ainsi que la série de Fourier complexe. On a pour la série en cosinus :
A0 = a0
2 = 4 A1 = 1.8
= q
a21+b21
α1 = π 3 A3 =
q
a23+b23 =√
02+ 0.82 = 0.8 α3 = arctan
−b3 a3
= arctan
−0.8 0
→ −π 2
On peut donc écrire : x2(t) = 4 + 1.8·cos
2·π·f0·t+π 3
+ 0.8·sin (6·π·f0·t)
= 4 + 1.8·cos
2·π·f0·t+π 3
+ 0.8·cos
6·π·f0·t− π 2
=A0+A1·cos (2·π·f0·t+α1) +A3·cos (6·π·f0·t+α3) Dans le cas général, il aurait fallu calculer a1 etb1 selon les relations :
ak= 2 T ·
Z +T2
−T2
x(t)·cos (2·π·k·f0·t)·dt k ≥0 bk= 2
T · Z +T2
−T
2
x(t)·sin (2·π·k·f0·t)·dt k ≥1
En tenant compte des identités trigonométriques cos (α)·cos (β) = 1
2 ·cos (α+β) + 1
2 ·cos (α−β) sin (α)·cos (β) = 1
2 ·sin (α+β) + 1
2 ·cos (α−β)
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0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
x 10−3 0
2 4 6 8
Signal temporel
x(t)
temps
0 1000 2000 3000 4000 5000
0 1 2 3 4
Spectre unilatéral
A k
k f0
0 1000 2000 3000 4000 5000
−1
−0.5 0 0.5 1
αk / π
k f0
−50000 0 5000
1 2 3 4
Spectre bilatéral
|X(jk)|
k f0
−5000−1 0 5000
−0.5 0 0.5 1
/X(jk) / π
k f0
f_ex_SF_1_2_1.eps
Fig. 1.2 – Spectres unilatéral et bilatéral de x2(t) (fichier source).
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on a donc : a1 = 2
T · Z +T2
−T2
1.8·cos
2·π·f0·t+π 3
·cos (2·π·1·f0·t)·dt
= 2 T ·1.8·
Z +T2
−T
2
1 2·cos
4·π·f0·t+π 3
+ 1
2·cos π
3
·dt
= 2
T ·1.8· 1
2 ·cosπ 3
[t]+
T 2
−T
2
= 0.9 b1 = 2
T · Z +T2
−T2
1.8·cos
2·π·f0·t+π 3
·sin (2·π·1·f0 ·t)·dt
= 2 T ·1.8·
Z +T2
−T
2
1 2·sin
4·π·f0·t+π 3
+ 1
2·sin
−π 3
·dt
= 2
T ·1.8· 1
2 ·sinπ 3
[t]+
T 2
−T2
=−0.9·√ 3
On vérifie que l’on a bien : A1 =
q
a21+b21 = r
0.92+
−0.9·√ 32
= 1.8 α1 = arctan
−b1 a1
= arctan 0.9·√ 3 0.9
!
= 1.047 = π 3
Corrigé des exercices, v 1.16 9 MEE\co_ts.tex\19 mai 2006
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Pour x1(t) :
x1(t) =A0+A1·cos (2·π·f0 ·t+α1)
=A0+ A1
2 · e+j·(2·π·f0·t+α1)+e−j·(2·π·f0·t+α1)
=A0+ A1
2 · e+j·2·π·f0·t·e+j·α1 +e−j·2·π·f0·t·e−j·α1
=X1(j·0)
| {z }
A0
+X2(j·1)
| {z }
A1 2 ·e+j·α1
·ej·2·π·f0·t+X2(−j ·1)
| {z }
A1 2 ·e−j·α1
·e−j·2·π·f0·t
Pour x2(t) :
x2(t) =A0+A1 ·cos (2·π·f0·t+α1) +A3·cos (6·π·f0·t+α3)
=A0+A1
2 · e+j·(2·π·f0·t+α1)+e−j·(2·π·f0·t+α1) +A3
2 · e+j·(6·π·f0·t+α1)+e−j·(6·π·f0·t+α1)
=A0+A1
2 · e+j·2·π·f0·t·e+j·α1+e−j·2·π·f0·t·e−j·α1 + A3
2 · e+j·6·π·f0·t·e+j·α3 +e−j·6·π·f0·t·e−j·α3
=X1(j·0)
| {z }
A0
+X2(j·1)
| {z }
A1 2 ·e+j·α1
·ej·2·π·f0·t+X2(−j·1)
| {z }
A1 2 ·e−j·α1
·e−j·2·π·f0·t+X2(j·3)
| {z }
A3 2 ·e+j·α3
·ej·6·π·f0·t+X2(−j·3)
| {z }
A3 2 ·e−j·α3
·e−j·6·π·f0·t
Corrigédesexercices,v1.1610MEE\co_ts.tex\19mai2006
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1.1.2 Exercice SF 2
Utilisez les formules d’Euler pour montrer que la série de Fourier du signal suivant x(t) =
1 + cos
2·π·f0·t+ π 6
·cos (10·π·f0·t) est décrite par les harmoniques 4, 5 et 6. Pour ce faire :
1. remplacez chaque fonction cosinus par deux phaseurs ; effectuez le produit ; 2. écrivez x(t) sous la forme d’une somme de phaseurs ;
3. que valent les coefficients X(j·k) non-nuls ?
4. dessinez les spectres bilatéraux et unilatéraux d’amplitude et de phase.
Corrigé des exercices, v 1.16 11 MEE\co_ts.tex\19 mai 2006
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Corrigé
x(t) =
1 + cos
2·π·f0·t+π 6
·cos (10·π·f0·t)
=
1 + 0.5·
ej·(0.5·π·f0·t+π6) +e−j·(2·π·f0·t+π6)
·0.5· ej·10·π·f0·t+e−j·10·π·f0·t
= 0.5· ej·10·π·f0·t+e−j·10·π·f0·t
+ 0.5·
ej·(2·π·f0·t+π6) +e−j·(2·π·f0·t+π6)
·0.5· ej·10·π·f0·t+e−j·10·π·f0·t
= 0.5· ej·10·π·f0·t+e−j·10·π·f0·t
+ 0.25·
ej·(2·π·f0·t+π
6) +e−j·(2·π·f0·t+π
6)
· ej·10·π·f0·t+e−j·10·π·f0·t
= 0.5· ej·10·π·f0·t+e−j·10·π·f0·t + 0.25·
ej·(2·π·f0·t+π6)·ej·10·π·f0·t+ej·(2·π·f0·t+π6)·e−j·10·π·f0·t+e−j·(2·π·f0·t+π6)·ej·10·π·f0·t+e−j·(2·π·f0·t+π6)·e−j·10·π·f0·t
= 0.5· ej·10·π·f0·t+e−j·10·π·f0·t
+ 0.25·
ej·(12·π·f0·t+π6) +ej·(−8·π·f0·t+π6) +ej·(8·π·f0·t−π6) +e−j·(12·π·f0·t+π6)
=X(j·4)·ej·8·π·f0·t+X(−j·4)·e−j·8·π·f0·t+X(j·5)·ej·10·π·f0·t+X(−j·5)·e−j·10·π·f0·t+X(j·6)·ej·12·π·f0·t+X(−j·6)·e−j·12·π·f0·t avec
X(j ·4) = 0.25·e−j·π6 X(−j ·4) = 0.25·ej·π6 X(j ·5) = 0.5
X(−j ·5) = 0.5 X(j ·6) = 0.25·ej·π6 X(−j ·6) = 0.25·e−j·π6
Corrigédesexercices,v1.1612MEE\co_ts.tex\19mai2006
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0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
−2
−1 0 1 2
Signal temporel
x(t)
temps
0 2 4 6 8
0 0.5 1
Spectre unilatéral
Ak
k f0
0 2 4 6 8
−1
−0.5 0 0.5 1
α k / π
k f0
−5 0 5
0 0.5 1
Spectre bilatéral
|X(jk)|
k f0
−5 0 5
−1
−0.5 0 0.5 1
/X(jk) / π
k f0
f_ex_SF_2_1.eps
Fig. 1.3 – Spectres unilatéral et bilatéral de x(t) (fichier source).
Corrigé des exercices, v 1.16 13 MEE\co_ts.tex\19 mai 2006
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1.1.3 Exercice SF 3
Considérant un signal périodique de période T = 20 [ms] décrit par son spectre bilatéral X(j ·k) :
k 0 ±1 ±2
X(j·k) 2 −3±j ·2 +1±j ·3
|X|
6 X
retrouvez sa description temporelle en cosinus après avoir rempli les cases libres du tableau.
Corrigé
k 0 ±1 ±2
X(j·k) 2 −3±j·2 +1±j·3
|X| 2 √
32+ 22 = 3.6056 √
12+ 32 = 3.16236
6 X 0 ±2.5536 [rad] =±146.3099 [◦] ±1.2490 [rad] =±71.5651 [◦] x(t) =A0+A1·cos (2·π·f0·t+α1) +A2·cos (4·π·f0·t+α2)
=X(j·0)
| {z }
A0
+X(j·1)
| {z }
A1 2 ·e+j·α1
·ej·2·π·f0·t+X(−j·1)
| {z }
A1 2 ·e−j·α1
·e−j·2·π·f0·t+X(j·2)
| {z }
A2 2 ·e+j·α2
·ej·4·π·f0·t+X(−j·2)
| {z }
A2 2 ·e−j·α2
·e−j·4·π·f0·t
On en déduit
A0 =X(j·0) = 2 α0 = 0 [rad]
A1 = 2· |X(j ·1)|= 2·3.6056 = 7.2111 α1 = 2.5536 [rad]
A2 = 2· |X(j ·2)|= 2·3.16236 = 6.3246 α2 = 1.2490 [rad]
et finalement :
x(t) = A0+A1·cos (2·π·f0·t+α1) +A2·cos (4·π·f0·t+α2)
= 2 + 7.2111·cos (2·π·50 [Hz]·t+ 2.5536) + 6.3246·cos (4·π·50 [Hz]·t+ 1.2490)
1.1.4 Exercice SF 4
À partir des spectres d’amplitude et de phase d’une SIR vus au cours,
1. calculez les spectres complexes des deux signaux de la figure 1.4 page ci- contre ;
2. esquissez leurs spectres bilatéraux d’amplitude et de phase.
Corrigé des exercices, v 1.16 14 MEE\co_ts.tex\19 mai 2006
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0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
0 2 4 6 8 10
x1(t) [V]
Ex. SF4
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
−4
−2 0 2 4 6
x2(t) [V]
t [ms]
f_exgraphes_7.eps
Fig. 1.4 – Exercice SF 4 (fichier source).
Corrigé
Le premier signal est une SIR d’amplitude A = 10 de période T = f1
0 =
10 [ms], de largeur ∆t = 2 [ms], retardée d’une durée td = ∆t2 = 1 [ms]. On en déduit :
X(j·k) =A· ∆t
T · sin (k·π·f0·∆t)
k·π·f0·∆t ·e−j·2·π·k·f0·td
= 10· 2
10· sin (k·π·100 [Hz]·2 [ms])
k·π·100 [Hz]·2 [ms] ·e−j·2·π·k·100 [Hz]·1 [ms]
= 2· sin (k·π·0.2)
k·π·0.2 ·e−j·2·π·k·100 [Hz]·1 [ms]
= 2· sin k·π· 15 k·π· 15
| {z }
0pourk = 5,10,15, . . . i.e. pour
f= 500 [Hz],1000 [Hz],1500 [Hz], . . .
·e−j·2·π·k·100 [Hz]·1 [ms]
Les résultats (spectres bilatéraux d’amplitude et de phase) sont donnés sur la figure 1.5 page 17. Sur la même figure, on trouve la synthèse dex(t)basée sur les
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N = 10premiers termesX(j·k)du développement en série de Fourier complexe : x10(t) =
+10
X
k=−10
X(j·k)·e+j·2·π·k·f0·t
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−1000 −500 0 500 1000 0
0.5 1 1.5 2
f [ Hz ]
|X (j · k)|
−1000 −500 0 500 1000
−1
−0.5 0 0.5 1
f [ Hz ]
arg{X(j·k)}
π
0 0.005 0.01 0.015 0.02
0 2 4 6 8 10
t [ s ] x
N( t ) , x ( t )
Fig. 1.5 – xN(t) est la synthèse du signal x(t) basée sur les N = 10 premiers termes de la série de Fourier complexe : x10(t) = P+10
k=−10X(j ·k)·e+j·2·π·k·f0·t. On remarque bien sûr la très forte ressemblance avec x(t) tel qu’il apparaît sur le haut de la figure 1.4 .
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Le second signal est une SIR d’amplitudeA= 9 de périodeT = f1
0 = 10 [ms], de largeur ∆t= T2 = 5 [ms], retardée d’une duréetd= ∆t2 = 2.5 [ms]à laquelle on a soustrait un offset de 3. On en déduit :
X(j·k) =A· ∆t
T · sin (k·π·f0·∆t)
k·π·f0·∆t ·e−j·2·π·k·f0·td
= 9· 5 [ms]
10 [ms]· sin (k·π·100 [Hz]·5 [ms])
k·π·100 [Hz]·5 [ms] ·e−j·2·π·k·100 [Hz]·2.5 [ms]
ce à quoi il faut soustraire l’offset de 3pour k = 0.
Les résultats (spectres bilatéraux d’amplitude et de phase) sont donnés sur la figure 1.6 page ci-contre. Sur la même figure, on trouve la synthèse de x(t) basée sur les N = 10 premiers termes X(j ·k) du développement en série de Fourier complexe :
x10(t) =
+10
X
k=−10
X(j·k)·e+j·2·π·k·f0·t
Un codeMATLAB permettant de calculerX2(j·k)et tracer les spectres bila- téraux de gain et de phase est donné ci-dessous.
(fichier source)
%I n i t i a l i s a t i o n
c l c;c l e a r a l l;c l o s e a l l;
%P a r a m e t r e s A=9;
T = 10 e−3;
d e l t a _ t = 5 e−3;
t d = −2.5 e−3;
%numeros d e s h a r m o n i q u e s a c a l c u l e r N = 1 0 ;
k = [−N : N ] ;
%k<>0
X = A∗d e l t a _ t /T∗s i n c ( k / 2 ) .∗exp(−j∗k∗pi/ 2 ) ;
%k=0
X(8)=−3+A∗d e l t a _ t /T ;
%Tracage f i g u r e subplot( 2 1 1 ) stem( k /T,abs(X) ) x l a b e l( ’ kf_0 ␣ [ Hz ] ’ ) y l a b e l( ’ | X_2( j k ) | ’ ) grid
subplot( 2 1 2 )
stem( k /T,angle(X) /pi) x l a b e l( ’ kf_0 ␣ [ Hz ] ’ ) y l a b e l( ’ a r g {X_2( j k ) } ’ ) grid
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−1000 −500 0 500 1000 0
1 2 3
f [ Hz ]
|X (j · k)|
−1000 −500 0 500 1000
−1
−0.5 0 0.5 1
f [ Hz ]
arg{X(j·k)}
π
0 0.005 0.01 0.015 0.02
− 4
− 2 0 2 4 6
t [ s ] x
N( t ) , x ( t )
Fig. 1.6 – xN(t) est la synthèse du signal x(t) basée sur les N = 10 premiers termes de la série de Fourier complexe : x10(t) = P+10
k=−10X(j ·k)·e+j·2·π·k·f0·t. On remarque bien sûr la très forte ressemblance avec x(t) tel qu’il apparaît sur le bas de la figure 1.4 (fichier source).
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0 1 2 3 4 5
0 1 2 3 4 5
Ak [V]
Ex. SF5
0 1 2 3 4 5
−0.4
−0.2 0 0.2 0.4 0.6
αk / π
f [kHz]
f_exgraphes_6.eps
Fig. 1.7 – Exercice SF 5 (fichier source).
1.1.5 Exercice SF 5
Considérant les spectres unilatéraux (figure 1.7) d’un signal x(t): 1. donnez l’expression dex(t);
2. dessinez son spectre bilatéral ;
3. calculez sa puissance et sa valeur efficace.
Corrigé
1. Au spectre unilatéral est associé directement le développement en série en cosinus. On a donc :
x(t) = 4+4·cos(2·π·1 [kHz]·t)+2·cos(2·π·3 [kHz]·t+0.2·π)+1·cos(2·π·5 [kHz]·t−0.45·π)
2. Les spectres d’amplitude et de phase sont représentés sur la figure 1.8.
3.
P =A20+ 1 2·
∞
X
k=1
A2k = 42+ 42 2 + 22
2 + 12
2 = 26.5 [V2] Xeff =√
P =√
26.5 = 5.15 [V]
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−4000 −2000 0 2000 4000 0
1 2 3 4
f [ Hz ]
|X (j · k)|
−4000 −2000 0 2000 4000
−1
−0.5 0 0.5 1
f [ Hz ]
arg{X(j·k)}
π
Fig.1.8 – Ex SF 5.
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k 0 1 2 3 4
x1(t) ak +2 +5 -2 +1 0
bk +4 +3 –1 0
k 0 1 2 3 4
x2(t) Ak 1 3 0 2 0
αk 0 −π3 0 +π2 0
k 0 ±1 ±2 ±3 ±4
x3(t) X(j·k) 5 4±j·3 0 −2±j 0 Tab. 1.1 – Exercice SF 6.
1.1.6 Exercice SF 6
Considérant les trois signaux x1(t), x2(t), x3(t) de période T = 1 [ms] décrits par leurs spectres respectifs (tableau 1.1) :
1. donnez l’expression temporelle des trois signaux ; 2. écrivez ces expressions à l’aide de cosinus seulement ;
3. dessinez leurs spectres d’amplitude et de phase uni- et bilatéraux.
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Corrigé
1. Expressions temporelles de x1(t), x2(t) etx3(t) :
x1(t) = a0
2 +
∞
X
k=1
ak·cos (2·π·k·f0·t) +
∞
X
k=1
bk·sin (2·π·k·f0 ·t)
= 2
2 + 5·cos (2·π·1·f0·t) + 4·sin (2·π·1·f0·t)−2·cos (2·π·2·f0·t) + 3·sin (2·π·2·f0·t) + 1·cos (2·π·3·f0·t)−1·sin (2·π·3·f0·t)
= 1 + 5·cos (2·π·f0·t) + 4·sin (2·π·f0·t)−2·cos (4·π·f0·t) + 3·sin (4·π·f0·t) + 1·cos (6·π·f0·t)−1·sin (6·π·f0·t)
x2(t) =A0+
∞
X
k=1
Ak·cos (2·π·k·f0·t+αk)
= 1 + 3·cos
2·π·1·f0·t−π 3
+ 2·cos
2·π·3·f0·t+ π 2
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x3(t) =
∞
X
k=−∞
X(j ·k)·ej·2·π·k·f0·t
=X(−j·3)·e−j·2·π·3·f0·t+X(−j·1)·e−j·2·π·1·f0·t+X(j·0)·ej·2·π·0·f0·t+X(j ·1)·ej·2·π·1·f0·t+X(j ·3)·ej·2·π·3·f0·t
= (−2−j)·e−j·2·π·3·f0·t+ (4−j ·3)·e−j·2·π·1·f0·t+ 5 + (4 +j·3)·ej·2·π·1·f0·t+ (−2 +j)·ej·2·π·3·f0·t
=p
(−2)2+ (−1)2·ej·arctan(−1−2)·e−j·2·π·3·f0·t+p
42+ (−3)2·ej·arctan(−34 )·ej·2·π·1·f0·t + 5 +√
42+ 32·ej·arctan(34)·ej·2·π·1·f0·t+p
(−2)2+ 12·ej·arctan(−21 )·ej·2·π·3·f0·t
=√
5·ej·arctan(−1−2)·e−j·2·π·3·f0·t+√
25·ej·arctan(−34 )·e−j·2·π·1·f0·t+ 5 +√
25·ej·arctan(34)·ej·2·π·1·f0·t+√
5·ej·arctan(−21 )·ej·2·π·3·f0·t
=√
5·e−j·2.6779·e−j·2·π·3·f0·t+ 5·e−j·0.6435 ·e−j·2·π·1·f0·t+ 5 + 5·ej·0.6435·ej·2·π·1·f0·t+√
5·ej·2.6779·ej·2·π·3·f0·t
= 5 + 2·√
5· ej·2.6779·ej·2·π·3·f0·t+e−j·2.6779·e−j·2·π·3·f0·t
2 + 2·5· ej·0.6435·ej·2·π·1·f0·t+e−j·0.6435·e−j·2·π·1·f0·t 2
= 5 + 2·√
5·cos (2·π·3·f0·t+ 2.6779) + 10·cos (2·π·1·f0·t+ 0.6435)
2. Expressions de x1(t),x2(t)et x3(t) à l’aide de cosinus seulement. partant des résultats ci-dessus, on a : x1(t) = 1 + 5·cos (2·π·f0·t) + 4·sin (2·π·f0·t)−2·cos (4·π·f0 ·t) + 3·sin (4·π·f0·t)
+ 1·cos (6·π·f0·t)−1·sin (6·π·f0·t)
= 1 +√
52+ 42·cos
2·π·f0·t+ arctan −4
5
+p
(−2)2+ 32 ·cos
4·π·f0·t+ arctan −3
−2
+p
12+ (−1)2·cos
6·π·f0·t+ arctan
−(−1)
1
= 1 +√
41·cos (2·π·f0·t−0.675) +√
13·cos (4·π·f0·t−2.16) +√
2·cos
6·π·f0·t+π 4
=A0+A1·cos (2·π·1·f0·t+α1) +A2·cos (2·π·1·f0·t+α2) +A3·cos (2·π·1·f0·t+α3)
Corrigédesexercices,v1.1624MEE\co_ts.tex\19mai2006
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x2(t) = A0+
∞
X
k=1
Ak·cos (2·π·k·f0·t+αk)
= 1 + 3·cos
2·π·1·f0·t− π 3
+ 2·cos
2·π·3·f0·t+π 2
=A0+A1·cos (2·π·1·f0·t+α1) +A3·cos (2·π·3·f0·t+α3) x3(t) = 5 + 10·cos (2·π·1·f0·t+ 0.6435) + 2·√
5·cos (2·π·3·f0·t+ 2.6779)
=A0+A1·cos (2·π·1·f0·t+α1) +A3·cos (2·π·3·f0·t+α3) 3. Spectres unilatéraux et bilatéraux d’amplitude et de phase de x1(t), x2(t) etx3(t) :
x1(t) Le spectre unitlatéral correspond directement à l’expression de x1(t) en cosinus : x1(t) = 1 +√
41·cos (2·π·f0·t−0.675) +√
13·cos (4·π·f0·t−2.16) +√ 2·cos
6·π·f0·t+ π 4
=A0+A1·cos (2·π·1·f0·t+α1) +A2·cos (2·π·1·f0·t+α2) +A3·cos (2·π·1·f0·t+α3) Le spectre bilatéral s’en déduit facilement :
k 0 1 2 3
Ak A0 = 1 A1 =√
41 A2 =√
13 A3 =√
2
αk α0 = 0 α1 =−0.675 α2 =−2.16 α3 = +π4
k 0 ±1 ±2 ±3
X(j·k) X(j·0) = A0
= 1
X(±j·1) = A21 ·e±j·α1
=
√41
2 ·e∓j·0.675
X(±j·2) = A22 ·e±j·α2
=
√13
2 ·e∓j·2.16
X(±j·3) = A23 ·e±j·α3
=
√2
2 ·e±j·π4 La représentation graphique des spectre uni- et bilatéraux est donnée sur la figure 1.9.
Corrigédesexercices,v1.1625MEE\co_ts.tex\19mai2006
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x2(t) Le spectre unitlatéral correspond directement à l’expression de x2(t) en cosinus : x2(t) =A0+
∞
X
k=1
Ak·cos (2·π·k·f0·t+αk)
= 1 + 3·cos
2·π·1·f0·t−π 3
+ 2·cos
2·π·3·f0·t+π 2
=A0+A1·cos (2·π·1·f0·t+α1) +A3·cos (2·π·3·f0·t+α3) Le spectre bilatéral s’en déduit facilement :
k 0 1 2 3
Ak A0 = 1 A1 = 3 A2 = 0 A3 = 2
αk α0 = 0 α1 =−π3 α2 = 0 α3 = +π2
k 0 ±1 ±2 ±3
X(j ·k) X(j·0) =A0
= 1
X(±j·1) = A21 ·e±j·α1
= 32 ·e∓j·π3 X(±j ·2) = 0
X(±j ·3) = A23 ·e±j·α3
= 22 ·e±j·π2
=e±j·π2 La représentation graphique des spectre uni- et bilatéraux est donnée sur la figure 1.10.
x3(t) Le spectre unitlatéral correspond directement à l’expression de x3(t) en cosinus : x3(t) = 5 + 10·cos (2·π·1·f0·t+ 0.6435) + 2·√
5·cos (2·π·3·f0·t+ 2.6779)
=A0+A1·cos (2·π·1·f0·t+α1) +A3·cos (2·π·3·f0·t+α3) Le spectre bilatéral a dédjà été obtenu au précédemment : on avait :
x3(t) =
∞
X
k=−∞
X(j·k)·ej·2·π·k·f0·t
=X(−j·3)·e−j·2·π·3·f0·t+X(−j ·1)·e−j·2·π·1·f0·t+X(j·0)·ej·2·π·0·f0·t+X(j·1)·ej·2·π·1·f0·t+X(j·3)·ej·2·π·3·f0·t
=√
5·e−j·2.6779·e−j·2·π·3·f0·t+ 5·e−j·0.6435·e−j·2·π·1·f0·t+ 5 + 5·ej·0.6435·ej·2·π·1·f0·t+√
5·ej·2.6779·ej·2·π·3·f0·t
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Si l’on répète néanmoins la même opération que pour x1(t) etx2(t), on a :
k 0 1 2 3
Ak A0 = 5 A1 = 10 A2 = 0 A3 = 2·√
5
αk α0 = 0 α1 = 0.6435 α2 = 0 α3 = 2.6779
k 0 ±1 ±2 ±3
X(j·k) X(j·0) =A0
= 5
X(±j·1) = A21 ·e±j·α1
= 102 ·e±j·0.6435
= 5·e±j·0.6435
X(±j ·2) = 0
X(±j ·3) = A23 ·e±j·α3
= 2·
√ 5
2 ·e±j·2.6779
=√
5·e±j·2.6779 La représentation graphique des spectre uni- et bilatéraux est donnée sur la figure 1.11.
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HEIG-Vd Traitement de Signal (TS)
•
•
•
•
0 1000 2000 3000
0 2 4 6
fHz Ak
•
•
•
•
0 1000 2000 3000
−0.6
−0.4
−0.2 0 0.2
fHz
αk π
•
•
•
•
•
•
•
−3000 −2000 −1000 0 1000 2000 3000 0
1 2 3
fHz
|X(j·k)|
•
•
•
• •
•
•
−3000 −2000 −1000 0 1000 2000 3000
−0.6
−0.4
−0.2 0 0.2 0.4 0.6
fHz
arg{X(j·k)}
π
−2 −1 0 1 2
−5 0 5 10
t[ms] x(t)
Fig. 1.9 – (fichier source).
•
•
•
•
0 1000 2000 3000
0 1 2 3
f[Hz] Ak
•
•
•
•
0 1000 2000 3000
−0.2 0 0.2 0.4
f[Hz]
αk π
•
•
•
•
•
•
•
−3000 −2000 −1000 0 1000 2000 3000 0
0.5 1 1.5
f[Hz]
|X(j·k)|
•
•
•
•
•
•
•
−3000 −2000 −1000 0 1000 2000 3000
−0.4
−0.2 0 0.2 0.4
f[Hz]
arg{X(j·k)}
π
−2 −1 0 1 2
−4
−2 0 2 4 6
t[ms] x(t)
Fig. 1.10 – (fichier source).
Corrigé des exercices, v 1.16 28 MEE\co_ts.tex\19 mai 2006
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HEIG-Vd Traitement de Signal (TS)
•
•
•
•
0 1000 2000 3000
0 2 4 6 8 10
f[Hz] Ak
•
•
•
•
0 1000 2000 3000
0 0.2 0.4 0.6 0.8
f[Hz]
αk π
•
•
• • •
•
•
−3000−2000 −1000 0 1000 2000 3000 0
1 2 3 4 5
f[Hz]
|X(j·k)|
•
• • • •
•
•
−3000−2000 −1000 0 1000 2000 3000
−0.8
−0.6
−0.4
−0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8
f[Hz]
arg{X(j·k)}
π
−2 −1 0 1 2
−10 0 10 20
t[ms] x(t)
Fig. 1.11 – (fichier source).
Corrigé des exercices, v 1.16 29 MEE\co_ts.tex\19 mai 2006