【正文】 .10 濾波器的間接設(shè)計(jì) ........................................................................................10 完全濾波器設(shè)計(jì) ..................................................................................................13 IIR 數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)實(shí)例 ...............................................................................16 FIR 濾波器的設(shè)計(jì) .....................................................................................................18 窗函數(shù)法設(shè)計(jì) FIR 濾波器 ..................................................................................18 帶過渡帶的多帶 FIR 濾波器設(shè)計(jì) ......................................................................255 信號(hào)檢測與解調(diào)的目的—— 恢復(fù)信號(hào) ..........................................................................29 用 IIR 和 FIR 濾波器恢復(fù)信號(hào) .................................................................................29 兩種濾波器對(duì)隨機(jī)信號(hào)的濾除效果 ..................................................................29 兩種濾波器對(duì)指定頻率信號(hào)的濾除效果 ..........................................................33 濾波器對(duì)高頻信號(hào)的恢復(fù) ..................................................................................37 IIR 與 FIR 數(shù)字濾波器的比較 ..................................................................................39 IIR 濾波器特點(diǎn) ...................................................................................................39 濾波器特點(diǎn) ....................................................................................................40 兩種濾波器的設(shè)計(jì)方法比較 ..............................................................................406 結(jié)論 ...................................................................................................................................41致 謝 ....................................................................................................................................42參考文獻(xiàn) ..............................................................................................................................43基于 MATLAB 的信號(hào)檢測與解調(diào)技術(shù)研究11 緒論凡是物資的形態(tài)﹑特性在時(shí)間或空間上的變化，以及人類社會(huì)的各種活動(dòng)都會(huì)產(chǎn)生信息。完全設(shè)計(jì)方式是我們利用函數(shù)直接設(shè)計(jì)出低通、高通、帶通和帶阻濾波器，并分別用巴特沃斯(Butterworth)濾波器、切比雪夫(chebyshev)濾波器、橢圓(Cauer) 濾波器來實(shí)現(xiàn)。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ）題目 基于 MATLAB 的信號(hào)檢測與 解調(diào)技術(shù)研究學(xué)生姓名 滕 冬 明 學(xué)　號(hào) 0607050116教學(xué)院系 電子信息工程學(xué)院專業(yè)年級(jí) 通信工程 2022 級(jí)指導(dǎo)教師 鄭 勉 職　稱 講 師單　　位 電子信息工程學(xué)院輔導(dǎo)教師 職 稱單　　位完成日期 2022 年 6 月 6 日 Southwest Petroleum University Graduation ThesisThe Signal Detection and DemodulationStudy Based on MATLABGrade: 2022Name: Teng Dong MingSpeciality: Telemunications EngineeringInstructor: Zheng MianSchool of Electronic Information Engineering202266I摘要本文通過對(duì)信號(hào)檢測調(diào)制的了解，發(fā)現(xiàn)信號(hào)的檢測前需要進(jìn)行信號(hào)的過濾，濾除無用的噪聲，解調(diào)的時(shí)候需要用濾波器選出需要的信號(hào)頻率。在 FIR 濾波器的設(shè)計(jì)中，我們主要運(yùn)用窗函數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過不同的窗函數(shù)進(jìn)行比較，找出各種窗函數(shù)設(shè)計(jì)濾波器的優(yōu)缺點(diǎn)。千萬年來，人類用自己的感覺器官從客觀世界獲取各種信息，如語言﹑文字﹑圖像﹑顏色﹑聲音﹑自然景物信息等。而解調(diào)方法中的相干解調(diào)和非相干解調(diào)中都用到了數(shù)字濾波器。MATLAB 推出的工具箱使各個(gè)領(lǐng)域的研究人員可以直觀方便地進(jìn)行科學(xué)研究、工程應(yīng)用，其中的信號(hào)處理(signalproeessing)、圖像處理(imageproeessing)、小波 (wavelet)等工具箱為數(shù)字濾波研究的蓬勃發(fā)展提供了有力的工具。相關(guān)檢測法有自相關(guān)檢測和互相關(guān)檢測。有：0)(??Rsn)(?ns （）sx?而隨著 的增大， ，那么對(duì)于足夠大的 ， 。0)(??Rny )()(?Rsyxy?其中包含了信號(hào) 所攜帶的某些信息，從而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)待測信號(hào) 的檢測。根據(jù)矢量合成分析鑒頻的方法，在輸入信噪比較高時(shí)，只有起伏噪聲，不會(huì)有脈沖噪聲出現(xiàn)。包絡(luò)檢波的原理框圖如圖 所示。圖 相 干 解 調(diào) 原 理 框 圖非 相 干 解 調(diào) ： 非相干解調(diào)不使用乘法器，不需要接收機(jī)和載波同步。濾 波 器 是 指 用 來 對(duì) 輸 入 信號(hào) 進(jìn) 行 濾 波 的 硬 件 和 軟 件 。90 年代至現(xiàn)在主要致力于把各類濾波器應(yīng)用于各類產(chǎn)品的開發(fā)和研制。二 是 設(shè) 計(jì)專 用 的 數(shù) 字 處 理 硬 件 。eejjjH)(|(|)(????其 中 ， 稱 為 幅 頻 特 性 函 數(shù) 。 其 設(shè) 計(jì) 思 路是 ： 先 設(shè) 計(jì) 模 擬 濾 波 器 得 到 傳 輸 函 數(shù) ， 然 后 將 按 某 種 方 法 轉(zhuǎn) 換)(sHo )(so成 數(shù) 字 濾 波 器 的 系 統(tǒng) 函 數(shù) 。這種設(shè)計(jì)一般得不到濾波器系數(shù)作為所要求的理想頻率響應(yīng)的閉合形式的函數(shù)表達(dá)式，而是需要進(jìn)行大量的迭代運(yùn)算，故而離不開計(jì)算機(jī)。為了使數(shù)字濾波器保持模擬濾波器的特性，這種映射關(guān)系應(yīng)滿足下列條件：1) H(z)的頻率響應(yīng)要模仿 Ha(s)的頻率響應(yīng)，即 s 平面的虛軸 必須映射到 z 平?j面的單位圓 上，也就是說頻率軸要對(duì)應(yīng)。(5)運(yùn)用沖激響應(yīng)不變法或雙線性變換法把模擬濾波器轉(zhuǎn)換成數(shù)字濾波器，分別用函數(shù) impinvar 和 bilillear 來實(shí)現(xiàn)。表 達(dá) 形 式 從 零 極 點(diǎn) 增 益 形 式 轉(zhuǎn) 換 成 狀 態(tài) 方 程 形 式 ：[A,B,C,D]=zp2ss(z,p,k)。 這 個(gè) 濾 波 器 有 通 帶 內(nèi) 的 最 大 衰 減 為 rP。 N 個(gè) 頻 率 點(diǎn) 均 勻 地分 布 在 單 位 圓 的 上 半 圓 上 。 可 以 設(shè) 計(jì) 低 通 、 高 通 、 帶 通 和帶 阻 的 數(shù) 字 和 模 擬 Chebyshev1 型 濾 波 器 ， 其 通 帶 內(nèi) 為 單 調(diào) ， 阻 帶 內(nèi) 等 波 紋 。 設(shè) 計(jì) 的 要 求 是 在 通 帶內(nèi) 的 衰 減 不 超 過 Rp， 在 阻 帶 內(nèi) 的 衰 減 不 小 于 Rs， 通 帶 和 阻 帶 有 截 止 頻 率 分 別 是wp， ws， 它 們 都 是 歸 一 化 的 頻 率 。 如 果 要 將 歸 一 化 頻 率 轉(zhuǎn) 換 為 角 頻 率 ， 則 將 歸一 化 頻 率 乘 以 二 ； 如 果 要 將 歸 一 化 頻 率 轉(zhuǎn) 換 為 Hz， 則 將 歸 一 化 頻 率 乘 以 采 樣 頻率 的 一 半 。butter(N,Wn,’s,)， butter(N,Wn,’high’,’s’)， butter(N,Wn,’stoP’,s’)。 如 果 無 法 確 定 R 的 值 ， 即 可以 選 用 作 為 起 始 點(diǎn) 。 它 的 最 大 值 是 采 樣 頻 率 的 一 半 。Cheby2(N,R,Wn,’s’)， cheby2(N,R,Wn,’high’,’s’)， cheby2(N,R,Wn,’stop’,’s’)分 別 用 來 設(shè) 計(jì) chebyshevII 型 的 低 通 、 高 通 、 帶 通 和 帶 阻 模 擬 濾 波 器 。(l)幾 種 類 型 在 低 通 濾 波 器 設(shè) 計(jì) 中 的 比 較 :設(shè) ： Wp=30Hz， Ws=35Hz， Fs=100， Rp=， Rs=40dB 分 別 用 巴 特 沃 斯(Butterworth)濾 波 器 、 切 比 雪 夫 (Chebyshev)濾 波 器 、 橢 圓 (Cauer)濾 波 器 ， 程 序設(shè) 計(jì) 如 下 ：巴 特 沃 斯 低 通 濾 波 器 ：[n1,Wn1]=buttord(wP/(Fs/2),ws/(Fs/2),rp,rs,’z’):[num1,den1]=butter(n1,Wn1)。[num1,den1]=butter(nl,Wnl,’high’)。ws=*pi。)。subplot(1,2,2)plot(W1/pi,20*log10(abs(H1)))。)(eHjd? )(nhd1）由過度帶寬度及阻帶衰減的要求選擇窗函數(shù)形狀及長度 N。 rnrdd????由于 有可能是無限長的序列，應(yīng)此嚴(yán)格說，必須滿足 時(shí) =)(nhd ??)(39。 主 要 用 于 常用 的 標(biāo) 準(zhǔn) 通 帶 濾 波 器 設(shè) 計(jì) ， 包 括 :低 通 、 帶 通 、 高 通 和 帶 阻 數(shù) 字 濾 波 器 。b=firl(n,wn,’DC0’)使 第 一 頻 帶 為 阻 帶 。wp=*pi。wd=(boxcar(N))39。 在 低 通 的 時(shí) 候 kaiser 窗 和 hanning 窗 能 更 好 的 實(shí) 現(xiàn) 所要 求 的 濾 波 器 。N=50。這 兩 個(gè) 函 數(shù) 可 以 允 許 在 濾 波 器 特 性 中 包 含 過 渡 帶 ， 在 計(jì) 算 中 這 些 過 渡 帶 的 偏 差 是不 被 最 小 化 的 ， 此 外 ， 還 可 以 在 濾 波 器 特 性 中 的 每 一 段 上 設(shè) 置 不 同 的 權(quán) 重 ， 用 于計(jì) 算 加 權(quán) 的 最 小 化 。 Firls 設(shè) 計(jì) 的 濾 波 器 ， 其 頻 率 特 性 與 理 想 特 性 間 的 加 權(quán) 方 差 是 最 小 化 的 。假設(shè)我們需要分別用 remez 和 firls 設(shè)計(jì)一個(gè)濾波器，滿足 0~ 幅值近似為1,~1Hz 的時(shí)候幅值近似為 0，并比較他們的特性。B=fir2(M,f,m,window)設(shè) 計(jì) 一 個(gè) M 階 的 FIR 數(shù) 字 濾 波 器 ， 其 幅 頻 特 性 由 頻 點(diǎn)向 量 f 和 幅 度 值 向 量 m 給 出 ， ， 要 求 為 單 增 向 量 ， 而 且 從 0 開 始 ，0?f以 1 結(jié) 束 ， 1 表 示 數(shù) 字 頻 率 。 M 和 window 與 fir1 中 的 相 同 。f=[0 1]。 f 是 頻 率 點(diǎn) 向 量 ， 從 0 到 1， 升 序 排 列 。 從 使 期 望 的 和 實(shí) 際 的 頻 率 響 應(yīng) 的 最 大 誤 差 的 最 小 化 的 意 義 來 說 ， 該 濾 波 器是 最 優(yōu) 濾 波 器 。%采用切比雪夫窗b2=fir1(N,wn,window)。 [3]具 體 可 見 下 例 ：例 ： 試 用 MATLAB 函 數(shù) ， 確 定 一 個(gè) 50 階 FIR 帯 通 濾 波 器 的 頻 率 特 性 ， 通帶 頻 率 為。freqz(b1,1)。wc=(wp+ws)/2。缺 省 情 況 下 ， firl()使 用 Hamming 窗 。 這 是 一 個(gè) 截 止 頻 率 為 Wn 的 加 海zznbzB?????)1(2(11?明 窗 的 線 性 相 位 FIR 濾