【正文】 特別要感謝我的指導(dǎo)老師王珍鳳，感謝您在百忙之中抽時(shí)間給我們看論文，指出錯(cuò)誤，并指導(dǎo)我改正。通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我對(duì)數(shù)字信號(hào)處理這方面的知識(shí)，還有 MATLAB 軟件的功能以及使用方法都比在課堂上學(xué)到的知識(shí)有更深層次的了解。 數(shù)字濾波器可以說成是 Analog 濾波器的優(yōu)良升級(jí)。 圖 41 帶通濾波器的仿真圖 濾波器設(shè)置如圖 42，這個(gè)設(shè)置使得振幅為 1/2，頻率在 1/5 和 4/5 之間的信號(hào)都能通過，小于或高于這個(gè)頻率范圍的其余信號(hào)全部過濾掉。 grid。 [P,Q]=cheby1(N,rp,Wn,39。 帶通濾波器的頻率響應(yīng)、幅度響應(yīng)、頻帶特性、輸入輸出波形圖的仿真結(jié)果如圖 33 3 39 所示： 圖 36 帶通濾波器的頻率響應(yīng)圖 圖 37 帶通濾波器的幅度響應(yīng) 李曉艷：基于 MATLAB 的高階帶通濾波器的設(shè)計(jì)與仿真 16 圖 38 帶通濾波器的頻譜特性 圖 39 輸入、輸出波形頻譜 銅陵學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 最優(yōu)化設(shè)計(jì)法 上面已經(jīng)運(yùn)用等波紋切比雪夫逼近準(zhǔn)則來實(shí)現(xiàn)， MATLAB 程序如下： W1=100。輸出波形頻譜圖 39。頻率 39。 f2=f2/pi*fs/2。)。 title(39。ytick39。,39。)。 plot(w,Hf,39。)。 李曉艷：基于 MATLAB 的高階帶通濾波器的設(shè)計(jì)與仿真 14 h=real(ifft(H))。 T1=。 %低阻帶邊緣 wsl=*pi。)。 %Y 軸標(biāo)簽 title(39。 [h2,w]=freqz(hn,1,512)。)。 %X 軸標(biāo)簽 title(39。 n=0:N1?，F(xiàn)在先熟悉一下兩個(gè)函數(shù)： （ 1） n ,fo ,ao ,weights =remezordf ,a ,dev （ 2） h =remez(n ,fo ,ao ,weights‘, ftype’) 窗函數(shù)法的設(shè)計(jì)與仿真 本次拿矩形窗函數(shù)來實(shí)現(xiàn)，其它函數(shù)類似 。第三，在仿真模型的基礎(chǔ)上，設(shè)定或修改功能模型的參數(shù)及整個(gè)系統(tǒng)的參數(shù)。SIMULINK 因?yàn)槠鋬?yōu)勢明顯而被應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域中，像通信與衛(wèi)星、航空航天、生物醫(yī)銅陵學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 學(xué)、汽車等等。它提供了一個(gè)圖形交互化的環(huán)境，也就是他的用戶界面上，在鼠標(biāo)的拖動(dòng)下，一個(gè)可能很復(fù)雜的模型就可以很輕松地被建立起來。 MATLAB 具有很多其它工程計(jì)算軟件沒有的優(yōu)點(diǎn)，比如說它操作起來會(huì)比較簡單，不會(huì)像 C 語言一樣，程序出現(xiàn)錯(cuò)誤就運(yùn)行不出結(jié)果。正常情況下，線性相位濾波器在各種頻帶內(nèi)偏差范圍的設(shè)定是因需而異的。 最優(yōu)化設(shè)計(jì)法 最優(yōu)化設(shè)計(jì)法是把任何抽樣值都當(dāng)作變量， 某些優(yōu)化準(zhǔn)則，采用迭代計(jì)算的計(jì)算機(jī)來計(jì)算 ， 可以擁有最佳的結(jié)果。通過采取某個(gè)與頻率對(duì)映的演變帶中嵌入照應(yīng)的不間斷的采樣點(diǎn)，增添演進(jìn)帶使它最佳不間斷的辦法，用此使得通帶和阻帶中的演進(jìn)相對(duì)舒緩，由此使得臨界偏差盡可能的小。另一方面，我們也了解到是一個(gè)以為周期的函數(shù)，能夠書寫成傅里葉級(jí)數(shù)的形式，故能夠稱傅里葉法。 （ 3） 該濾波器系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)不是一般的遞歸結(jié)構(gòu)，在沒不僅過輸出到輸入反饋的情況之下，一些系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，仍然會(huì)包括一個(gè)反饋遞歸組成模塊。實(shí)行過程中可能會(huì)遇到以下幾個(gè)問題： （ 1） 確定一個(gè)數(shù)字濾波器對(duì)性能指標(biāo)的真實(shí)的目標(biāo)需求。 將數(shù)字輸入的信號(hào)轉(zhuǎn)換成由特定的操作序列的數(shù) 字輸出。它是利用離散的時(shí)變系統(tǒng)的特性的優(yōu)點(diǎn)，分析輸入信號(hào)的特征，經(jīng)過計(jì)算和處理。 李曉艷：基于 MATLAB 的高階帶通濾波器的設(shè)計(jì)與仿真 2 數(shù)字濾波器的應(yīng)用領(lǐng)域 數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)關(guān)聯(lián)牽扯到的行業(yè)范圍十分的廣闊： 概括進(jìn)去了有通信、語言、圖形符號(hào)等。濾波器的發(fā)展也只能越來越精深，卻無法做到完美。傳統(tǒng)濾波器通過不同的占用頻帶將輸入信號(hào)中的有用成分和希望濾除的頻率分離，得到理想的信號(hào)，從而達(dá)到濾波的目的。 MATLAB。而濾波器的出現(xiàn)也為人們的生活帶來了便捷。 本文介紹如何運(yùn)用MATLAB 進(jìn)行高階帶通濾波器的設(shè)計(jì)與仿真，在窗函數(shù)法、頻率抽樣法、最優(yōu)化設(shè)計(jì)法三種方法的基礎(chǔ)上，尋找一種最優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。與模擬濾波技術(shù)相比，數(shù)字濾波技術(shù)對(duì)數(shù)字信號(hào)分析、處理更加方便。帶通濾波器使有用信號(hào)能夠通過某一頻段，其他的信號(hào)被抑制較低的狀態(tài)，從而達(dá)到過濾的目的。數(shù)字信號(hào)處理的理論和技術(shù)始一出現(xiàn)就受到極大的關(guān)注，近年來已經(jīng)慢慢完善成為了一個(gè)嶄新的學(xué)術(shù)科學(xué)性質(zhì)的體系。 數(shù)字信號(hào)處理，循名責(zé)實(shí)主要是利用數(shù)學(xué)上的公式或者具有特定的符號(hào)的序列把有用的信號(hào)取而代之。圖 21 為各種數(shù)字濾波器對(duì)的理想幅度頻率響應(yīng)（只表示正頻率部分）。 也可以說 是將輸入信號(hào)變換成一定的輸出，從而達(dá)到目的，以獲得有用的信號(hào)。還緊接著，由于 FIR 濾波器的脈沖響應(yīng)在單位長度 下是有限的，所以總能由 FFT（快速的傅立葉變換）算法運(yùn)算之后得到濾波后的信號(hào)，因此可以大大提高了運(yùn)算效率。這種效果是由波動(dòng)的通頻帶展寬和過渡區(qū)，不能滿足技術(shù)要求造成的。此或者用來臨界或者。假使僅僅加大阻帶的衰弱，而卻不改變演進(jìn)帶寬，這時(shí)，可以通過加大采樣點(diǎn) N 來實(shí)現(xiàn)。 一般情況下，濾波器的設(shè)計(jì)過程中對(duì)帶通和阻帶的誤差波動(dòng)的設(shè)求是不同的。但是給軟件推出后，受到了很大的關(guān)注，應(yīng)用范圍也隨之變廣。 SIMULINK 簡介與功能 SIMULINK 模型是通過對(duì)模型的設(shè)計(jì)模板進(jìn)行嵌入模塊庫形式而創(chuàng)建的，每個(gè)功能模塊是通過對(duì)系統(tǒng)的定量描述，處理系統(tǒng)通過可視化技術(shù)的效果顯示出來。其中公共模塊庫是最 基礎(chǔ)，最通用的模塊庫，被用在各個(gè)領(lǐng)域，共包括 16 個(gè)模塊，有 Commonly Used Blocks(通用模塊庫 )、 Continuous(連續(xù)系統(tǒng)模塊 )、 Discontinuous(非線性系統(tǒng)模塊庫 )等。信宿是指接收信號(hào)的部分，可以在示波器上顯示。如圖 31 是增強(qiáng) SIMULINK 的模塊功能 圖 31 增強(qiáng) SIMULINK 的模塊功能的方法 增強(qiáng)SIMULINK 模塊功能的方法 利用 SIMULINK 本身來建立子系 統(tǒng)，封鎖自定義的模塊 采用 MATLAB 的 M 文件、 Fortran 以及 C代碼生成自定義模塊 將 SIMULINK 與開發(fā)軟件的 S函 數(shù)無間隙連接起來，完成復(fù)雜的功能 將原有的 Fortran 和 C 代碼連接 起來 第三方開發(fā)的工具箱 其他工程軟件（如 Adams、 Femlab 和Labview 等）與 MATLAB 的銜接接口，SIMULINK 可以非常方便的使用 這些軟件中的信息，同時(shí)也可以被這些軟件調(diào)用 李曉艷：基于 MATLAB 的高階帶通濾波器的設(shè)計(jì)與仿真 10 基于 MATLAB 的設(shè)計(jì)與仿真 MATLAB 給使用者提供了很多可用的函數(shù)，為濾波器的發(fā)展增添了許多便利。 %高端阻帶截止頻率 wc = [wlp/pi,whp/pi]。 %離散畫圖，看窗函數(shù) xlabel(39。 %畫頻譜圖，進(jìn)行歸一化 grid。矩形窗函數(shù)的頻譜 39。 %X 軸標(biāo)簽 ylabel(39。 grid。矩形窗函數(shù)帶通濾波器的幅度特性 39。 %抽樣點(diǎn)數(shù) al=(M1)/2。k2=floor((M1)/2)+1:M1。)。 figure(2)。)。xtickmode39。,39。 [c,f3]=freqz(h,1)。)。 [a,f1]=freqz(x)。輸入波形頻譜圖 39。 銅陵學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 subplot(2,1,2)。 ylabel(39。 %數(shù)字濾波器的各項(xiàng)指標(biāo)； WP=[100,200]。 [H,W]=freqz(P,Q)。幅度 39。 想要設(shè)計(jì)出一個(gè)合格的滿足嚴(yán)格要求的 帶通 濾波器，不僅需要掌握有扎實(shí)的專業(yè)信號(hào)統(tǒng)治知識(shí)，熟練使用 MATLAB 軟件，熟練的進(jìn)行仿真，有能力計(jì)算函數(shù)的各種轉(zhuǎn)換。 帶通濾波器的設(shè)計(jì)過程就是對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)值處理，再通過 MATLAB 軟件作為 仿真軟件來設(shè)計(jì)出準(zhǔn)確的濾波器的過程。最后完成論文的時(shí)候我真的很開心，因?yàn)檫@是在給我大學(xué)四年的學(xué)習(xí)送上的一份答卷，我必須認(rèn)真對(duì)待。 我們畢業(yè)了，不是結(jié)束，而是新生活的開始。從定題到開題再到撰寫論文直到完成歷經(jīng)了幾個(gè)月的時(shí)間，我終于在老師的幫助下完成了我的論文，回想起來很短暫，但是在遇到問題，分析問題，解決問題的過程卻是記憶猶新。 窗函數(shù)設(shè)計(jì)法 能夠獲得一個(gè)線性，相位線性的數(shù)字濾波器 ,但它的缺點(diǎn)是有可能出現(xiàn)頻譜的混亂。 圖 43 混合波形 Scope1 產(chǎn)生的波形如圖 44，是經(jīng)過帶通濾波器處理的信號(hào)的波形圖，由波形可以明顯的看出幅度低于 1/2 的信號(hào)已被濾掉，頻率不在 1/5 和 4/5 這個(gè)范圍的被濾波器過濾掉了，由此可以看出濾波器的設(shè)計(jì)還是很成功的。)。 %創(chuàng)建 Chebyshev 帶通濾波器； figure(1)。 rs=30。頻率 39。幅度 39。 plot(f1,abs(a))。 x=sin(2*pi*t*700)+sin(2*pi*t*3200)+sin(2*pi*t*6200)。 xlabel(39。 figure(3)。 set(gca,39。)。 title(39。)。 title(39。 wdl=[0 1]。 %高通帶邊緣 delta=(wplwsl)。)。 %標(biāo)題 figure。n39。)。 %標(biāo)題 figure。 %求頻率響應(yīng) figure。 %低端阻帶截止頻率 wlp = *pi。 SIMULINK 模型可指定信號(hào)和參量的屬性。信號(hào)源是指輸入到系統(tǒng)中的信號(hào)，可以是各類型的。 SIMULINK 主要由這幾個(gè)部分，有模塊庫、模型造構(gòu)、指令分析、演示程序等等。在圖形功能方面也很強(qiáng)大，可以支持 2D/3D 的圖形描述。 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