【正文】 ...................................................... 20 插表清單 表 11 濾波器在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用 ......................................................................................... 20 表 21 幾種常見(jiàn)窗函數(shù)參數(shù)對(duì)比 ........................................................................................... 6 銅陵學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) III 基于 MATLAB 的高階帶通濾波器的設(shè)計(jì)與仿真 摘 要 隨著國(guó)家信息化的不斷發(fā)展，科技水平的不斷提高，信息處理方面的研究越來(lái)越顯得重要。 隨著社會(huì)通信技術(shù)的不斷發(fā)展緊不，濾波器在通信中起到不可或缺的作用，尤其是在民用中的地位越來(lái)越顯著。s life. The world we live in is full of all kinds of information, some of what we need, some of us are redundant, and unwanted signals often confounding delivered to us in the signal we need. In order to receive information, we must process these signals, stay by processing make the useful signal, need not is filtered or weaken, the process, we need to make use of filter. With the development of munication technology is not tight, filter plays an indispensable role in munication, especially more and more significant role in the civil. In promoting the development of social munication business, spread spectrum munication will be more potential, there will be more broad development road. This paper introduces the design and Simulation of how to use MATLAB for high order band pass filter, based on the window function method, frequency sampling method, the optimization design method of the three methods, to find an optimal design method. Key words: Digital Filter。 Optimization Design Method 銅陵學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 第 1 章 概述 言 濾波器是一種用來(lái)消除有用信號(hào)里面參雜的干擾信號(hào)的器件，與模擬濾波器相對(duì)應(yīng)的應(yīng)用在離散系統(tǒng)中是數(shù)字濾波器 [2]。 數(shù)字濾波器的種類(lèi)有很多，總體也可以分為兩大類(lèi)：傳統(tǒng)濾波器和新型濾波器。新型濾波器與傳統(tǒng)濾波器相比，運(yùn)用更加靈活，可以根據(jù)隨機(jī)信號(hào)的某類(lèi)特征，設(shè)定某種最優(yōu)化的準(zhǔn)則下，最大限度的抑制干擾，從而得到最佳的信號(hào)。盡管濾波器的發(fā)展相當(dāng)?shù)难杆?，進(jìn)步的特別快，但仍無(wú)法做到將理想的狀態(tài)。因此研究數(shù)字濾波器是很有必要的，它對(duì)通信和其它領(lǐng)域的發(fā)展有著不可少的作用。事實(shí)上數(shù)字濾波器的另一方面也有相當(dāng)突出的優(yōu)點(diǎn)，因此信號(hào)處理是數(shù)字濾波器的另一個(gè)目標(biāo)。在通信過(guò)程，濾波器起著相當(dāng)大的作用，是缺之必少的。 濾波器是對(duì)應(yīng)于一個(gè)離散系統(tǒng)的模 擬濾波器的應(yīng)用設(shè)備，一個(gè)數(shù)字濾波器的作用是用于消除摻雜有的噪聲干擾設(shè)備從而獲得有用信號(hào)。 具體的過(guò)程是分析輸入信號(hào)的特征，通過(guò)計(jì)算和處理把輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成一定的輸出，最后獲得有用的信號(hào)，由此實(shí)現(xiàn)濾波目的。 本其質(zhì)上是一個(gè)數(shù)字濾波器操作流程，完成對(duì)信號(hào)的處理操作。 FIR 濾波器是對(duì)應(yīng)于一個(gè)離散系統(tǒng)的模擬濾波器的應(yīng)用設(shè)備，一個(gè)數(shù)字濾波器的作用是用于消除摻雜有的噪聲干擾設(shè)備從而獲得有用信號(hào)。 具體的過(guò)程是分析輸入信號(hào)的特征，通過(guò)計(jì)算和處理把輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成一定的輸出，最后獲得有用的信號(hào)，由此實(shí)現(xiàn)濾波目的。 以上是關(guān)于 FIR 數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)的研究，線(xiàn)性相位要的要求比較嚴(yán)格受限制。 （ 2） 由于 系統(tǒng)函數(shù) 是因果的系統(tǒng)，所以所有的極點(diǎn)在 z =0 處呈現(xiàn)收斂的狀態(tài)。設(shè)截取的額一段用 ??nhd 表示，即 ? ? ? ? ? ?nNRnhnh d? （ ） 以上， ??nRN 是一個(gè)矩形序列，長(zhǎng)度為 N。為了減少這種影響，需要引入一個(gè)線(xiàn)性相位 FIR 濾波器的設(shè)計(jì)，以滿(mǎn)足技術(shù)要求。由于頻率抽樣發(fā)把時(shí)域作為起點(diǎn)，對(duì)設(shè)定的期望的頻率響應(yīng)給予同樣大小距離的取數(shù)，即 ? ? ? ?kHeHdkNjd ?? ??? 2 （ ） 接著，把這個(gè) ??kHd 設(shè)定成現(xiàn)實(shí)的 FIR 數(shù)字濾波器的頻率特性的抽樣值 ??kH ，即令 ? ? ? ? ? ?kNjdd eHkHkH ??? 2???， 1,1,0 ?? Nk ? （ ） 得到后，拿 DFT 定義，能夠按照頻域的獨(dú)一無(wú)二的 N 個(gè)抽樣值來(lái)得到有 ??nh [7]?？梢哉f(shuō)部分臨界偏差是無(wú)法避免的，偏差的波動(dòng)范圍是通過(guò)期望頻率響應(yīng)的性質(zhì)確定的，期望中的頻率響應(yīng)波動(dòng)范圍越小，內(nèi)嵌值越臨近期望的完美狀態(tài)。采取線(xiàn)性最佳的方法獲得演進(jìn)帶采樣點(diǎn)的位置，獲取期望的相對(duì)極臨近的演進(jìn)帶 （不僅僅是隨隨便便的設(shè)置一個(gè)演進(jìn)帶）。 把頻域作為出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行探索，物理概念明了，利落便捷； 利于窄帶濾波器 設(shè)計(jì)，此刻時(shí)頻率響應(yīng)僅有極少部分是非零值，然而截至頻率卻沒(méi)有想象中的容易掌握。雖然解決了這個(gè)問(wèn)題，但是新的問(wèn)題又出現(xiàn)了，此時(shí)體現(xiàn)了一個(gè)道理，魚(yú)和 熊掌不可兼得，也就是說(shuō)這種函數(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化準(zhǔn)則。 窗函數(shù)和頻率采樣法在 FIR 濾波器的研究中被普遍的施行，遺憾的是兩種方法不是最佳的方法。 李曉艷：基于 MATLAB 的高階帶通濾波器的設(shè)計(jì)與仿真 8 第 3 章 基于 MATLAB 的設(shè)計(jì)與仿真 MATLAB 簡(jiǎn)介 MATLAB 是 Matrix Laboratory（矩陣實(shí)驗(yàn)室）的縮寫(xiě)。另外， MATLAB 軟件自帶的十分完善的工具箱，為設(shè)計(jì)所需的數(shù)字濾波器提供了更為便利、有用的工作操縱環(huán)境。在圖形功能方面也很強(qiáng)大，可以支持 2D/3D 的圖形描述。 SIMULINK 使用起來(lái)簡(jiǎn)單、易懂。 SIMULINK 主要由這幾個(gè)部分，有模塊庫(kù)、模型造構(gòu)、指令分析、演示程序等等。在進(jìn)行復(fù)雜的 SIMULINK仿真時(shí)，有時(shí)候模塊太多會(huì)顯得模型很亂、看不清楚、弄不明白，又或者需要分析其中某部分的情況，就需要?jiǎng)?chuàng)子系統(tǒng)了，這樣不僅簡(jiǎn)化了模型，而且對(duì)仿真分析也有幫助 。信號(hào)源是指輸入到系統(tǒng)中的信號(hào)，可以是各類(lèi)型的。第二，再根據(jù)系統(tǒng)框圖，在 SIMULINK 的 Untitled 窗口中建立模型，首先要從模型庫(kù)中找到需要的模塊，逐一找完，然后將各模塊位置調(diào)節(jié)好，最后完成連接就建模成功了。 SIMULINK 模型可指定信號(hào)和參量的屬性。現(xiàn)在可 以通過(guò)兩個(gè)函數(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn) FIRDF 的最優(yōu)化設(shè)計(jì)。 %低端阻帶截止頻率 wlp = *pi。 %過(guò)渡帶 N = ceil(4/)。 %求頻率響應(yīng) figure。)。 %標(biāo)題 figure。w/pi39。)。 %標(biāo)題 %以下 2 段是關(guān)于帶通方面的 hn=fir1(N1,wc,boxcar(N))。n39。)。 %標(biāo)題 figure。w/pi39。)。 %標(biāo)題 矩形窗函數(shù)的波形、頻譜、帶通濾波器單位脈沖響應(yīng)、帶通濾波器幅度特性的仿真結(jié)果如圖 3 3 3 35 所示： 圖 32 矩形窗函數(shù)波形圖 李曉艷：基于 MATLAB 的高階帶通濾波器的設(shè)計(jì)與仿真 12 圖 33 矩形窗函數(shù)的頻譜圖 圖 34 矩形窗函數(shù)帶通濾波器的單位脈沖響應(yīng) 銅陵學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 圖 35 矩形窗函數(shù)帶通濾波器的幅度特性 頻率抽樣法的設(shè)計(jì)與仿真 程序設(shè)計(jì)如下： wsl=*pi。 %高通帶邊緣 delta=(wplwsl)。 %抽樣間隔 k=0:M1。 wdl=[0 1]。 H=Hrs.*exp(j*angH)。 title(39。n39。)。 w=k*wl/pi。 title(39。frequency in pi units39。)。manual39。 set(gca,39。,39。 figure(3)。 plot(f3,20*log10(abs(c)))。 xlabel(39。衰減 /dB39。 x=sin(2*pi*t*700)+sin(2*pi*t*3200)+sin(2*pi*t*6200)。 [b,f2]=freqz(q)。 plot(f1,abs(a))。 xlabel(39。幅度 39。 title(39。頻率 39。)。 rs=30。 [N,Wn]=cheb1ord(WP/(Fs/2),WS/(Fs/2),rp,rs)。 %創(chuàng)建 Chebyshev 帶通濾波器； figure(1)。 plot(W*Fs/(2*pi),abs(H))。)。 頻率、幅度特性的仿真結(jié)果如圖 3 311 所示： 圖 310 頻率特性 李曉艷：基于 MATLAB 的高階帶通濾波器的設(shè)計(jì)與仿真 18 圖 311 幅度特性