基于matlab的數(shù)字濾波器設(shè)計-資料下載頁
2025-06-18 15:57本頁面
【正文】 圖45 改善后的運行結(jié)果圖由圖44的幅度響應(yīng)可以看出設(shè)計的濾波器在阻帶的衰減顯然沒有超過50dB，不能滿足要求。比較實際振幅響應(yīng)，頻率采樣法在通帶和阻帶的幅度特性比窗函數(shù)設(shè)計法都有差。但這并不代表頻率采樣法在同樣的階數(shù)下，設(shè)計出的FIR數(shù)字濾波器沒有一點優(yōu)勢。其實，頻率采樣法可以通過在通帶和阻帶邊界增加一個或者幾個不等于零也不等于1的抽樣值來改善頻率特性。在通帶邊界增加兩個過渡采樣點和。階數(shù)仍然取N=67。這樣改善后的仿真圖如圖45所示。顯然，經(jīng)過改善的頻率采樣法設(shè)計出的濾波器性能上有了較明顯的改觀。有分貝圖看出在阻帶的衰減超過了50dB。已經(jīng)能滿足設(shè)計要求，但和海明窗設(shè)計的濾波器相比，阻帶的衰減程度還是窗口法設(shè)計的衰減更大些。另外，由實際的振幅響應(yīng)圖看出，頻率采樣法在通帶截止頻率出有一個較明顯的波動，而窗函數(shù)法則波動很小。頻率采樣法明顯在阻帶截止頻率之前就達(dá)到了衰減50dB的要求。這表明階次可以降低，而窗函數(shù)法在剛好在時才打到衰減50dB的要求，階次已經(jīng)不能再低了。這一點說明，達(dá)到衰減50dB這一指標(biāo)，頻率采樣法的階次可以比窗函數(shù)設(shè)計法低。 通過以上的分析比較，可見，窗函數(shù)設(shè)計法設(shè)計的數(shù)字濾波器在通帶和阻帶的性能優(yōu)于頻率采樣法，而在要求不是太高的情況下，頻率采樣法采用較低的階數(shù)就可以達(dá)到要求。這可以作為設(shè)計FIR數(shù)字濾波器時選用設(shè)計方法的一個參考。 依據(jù)Simulink仿真來設(shè)計數(shù)字濾波器Simulink是MATLAB最重要的組件之一，它提供一個動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中，無需大量書寫程序，而只需要通過簡單直觀的鼠標(biāo)操作，就可構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。Simulink具有適應(yīng)面廣、結(jié)構(gòu)和流程清晰及仿真精細(xì)、貼近實際、效率高、靈活等優(yōu)點，并基于以上優(yōu)點Simulink已被廣泛應(yīng)用于控制理論和數(shù)字信號處理的復(fù)雜仿真和設(shè)計。同時有大量的第三方軟件和硬件可應(yīng)用于或被要求應(yīng)用于Simulink。 Simulink的簡介Simulink提高圖形用戶界面，用戶可以用鼠標(biāo)操作，從模塊庫中調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)模塊，將它們適當(dāng)?shù)剡B接起來以構(gòu)成動態(tài)系統(tǒng)模型，并且用各模塊的參數(shù)對話框為系統(tǒng)中各模塊設(shè)置參數(shù)，當(dāng)各模塊的參數(shù)設(shè)置完成之后，即建立起該系統(tǒng)的模型，如果對某一模塊沒有設(shè)置參數(shù)，那就意味著使用Simulink預(yù)先為該模塊設(shè)置的默認(rèn)參數(shù)值作為該模塊的參數(shù)。Simulink模塊庫內(nèi)容十分豐富，除了包括信號源模塊庫，輸出模塊庫，連續(xù)系統(tǒng)模塊庫，離散系統(tǒng)模塊庫等許多標(biāo)準(zhǔn)模塊外，用戶還可以定制和創(chuàng)建模塊。系統(tǒng)的模型建立之后，選擇仿真參數(shù)和數(shù)值算法，便可以啟動仿真程序?qū)υ撓到y(tǒng)進(jìn)行仿真，這種操作可以用Simulink菜單，也可以用MATLAB命令實現(xiàn)，菜單方式對于交互式運行特別方便，而命令方式對于運行一批仿真時很有用。 Simulink系統(tǒng)仿真模型 。Simulink啟動后會顯示如圖46所示的Simulink模塊庫瀏覽器窗口。 圖46 Simulink模塊庫瀏覽器 圖47 模塊編輯窗口2．在啟動Simulink模塊庫瀏覽器后在單擊其工具欄中的New model命令按鈕，會彈出名字為untutled的模型編輯窗口，如圖7所示。3．按照要求添加模塊，選取模塊，連接模塊，然后進(jìn)行模塊的參數(shù)設(shè)置，保存文件，進(jìn)行仿真。下面以漢明窗為例，說明Simulink的仿真過程。 運用Simulink系統(tǒng)仿真窗函數(shù)按照上述所說的過程，構(gòu)造以基波為主的原始信號x（t）=sin(100πｔ)+sin(400πｔ),通過Simulink環(huán)境下的Digital Filter Design (數(shù)字濾波器設(shè)計)模塊中的DSP Blockset工具箱設(shè)計一個低通濾波器，濾出頻率等于或低于200Hz的信號。下圖8是漢明窗在Simulink中的仿真。圖（a） 數(shù)字濾波器的仿真圖 圖（b） 數(shù)字濾波器參數(shù)設(shè)置 圖（c） 濾波前的波形 圖（d） 濾波前的FFT波形 圖（e） 濾波后的波形 圖（f） 濾波后的FFT波形圖48 漢明窗設(shè)計數(shù)字濾波器的仿真這個例子運用到了DSP Blockset這個工具箱。這個工具箱提供了幾乎所有的濾波器模型，只需參改上面的參數(shù)即可以得到需要的數(shù)字濾波器。 結(jié) 論幾乎在所有的工程技術(shù)領(lǐng)域中都會涉及到信號處理問題，濾波器作為信號處理的重要組成部分，已發(fā)展的相當(dāng)成熟，本論文主要是針對FIR數(shù)字濾波器設(shè)計與仿真，在以上的論述中，研究了數(shù)字濾波器的設(shè)計原理和方法，分析了有限沖激響應(yīng)數(shù)字濾波器的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并在此將基礎(chǔ)上論述了利用窗函數(shù)法完成對FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計。本文在數(shù)字濾波器的設(shè)計過程中，采用的設(shè)計方法是基于MATLAB的數(shù)字濾波器的設(shè)計。設(shè)計過程中充分發(fā)揮了MATLAB語言編程效率高的特點以及Simulink仿真能力強的特點，完成各種計算與圖形繪制工作，使得數(shù)字濾波器的設(shè)計變得簡便快捷。本文通過FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計實例，說明如何利用MATLAB來完成數(shù)字濾波器的設(shè)計，設(shè)計結(jié)果的各項性能指標(biāo)均達(dá)到指定要求，Simulink仿真驗證了設(shè)計方法的正確性。本文所述設(shè)計過程簡便易行，具有很好的實際運用意義。謝 辭經(jīng)過幾個月的努力，我的畢業(yè)設(shè)計終于完了，收獲很是豐富。首先，我要感謝的是我的指導(dǎo)老師，在這整個畢業(yè)設(shè)計期間，她不斷的給我指導(dǎo)，鼓勵和監(jiān)督。剛開始，我對MATLAB并不怎么了解，甚至可以說是一竅不通，是宗老師慢慢的給我講解，分析，給我啟迪：這對我后來能夠很好的理解濾波器，是有非常大的幫助，宗老師嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)，待人熱情，對學(xué)生認(rèn)真負(fù)責(zé)等等都給了我很好的教導(dǎo)。此外，我還要感謝這四年來所有的我的任課老師，正是他們幾年來的教導(dǎo)，我才具備了完成畢業(yè)設(shè)計必須具備的理論知識，在這個階段里，學(xué)到了很多的知識。各位老師在學(xué)術(shù)上的銳意進(jìn)取的精神，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)風(fēng)，縝密的思維方式都將是我學(xué)習(xí)的楷模。老師們和藹可親的風(fēng)度和樂觀向上的生活態(tài)度也時時激勵著我。在此，對他們的教導(dǎo)，我再一次表示真誠的感謝，并祝他們工作順利，生活平安，合家歡樂。參考文獻(xiàn)[1] 程佩青. 數(shù)字信號處理教程[M]．北京：清華大學(xué)出版社，2003．[2] 吳鎮(zhèn)揚. 數(shù)字信號處理[M]．北京：高等教育出版社,2004． [3] 羅軍輝． 在數(shù)字信號處理中的應(yīng)用[M]．北京：機械工業(yè)出版社， 2005．[4] 郭仕劍． 數(shù)字信號處理[M]．北京：人民郵電出版社，2006． [5] 門愛東．?dāng)?shù)字信號處理[M]. 北京：人民郵電出版社，2003. [6] 余成波．?dāng)?shù)字信號處理及 MATLAB 實現(xiàn)[M]．北京：清華大學(xué)出版社，2005．[7] 肖士斌. 基于MATLAB的數(shù)字濾波器設(shè)計實現(xiàn)[J]. 贛南師范學(xué)院學(xué)報，2006, 54(3)：127132.[8] 鄧華. MATLAB通信仿真及應(yīng)用實例解析[M].北京：人民郵電出版社，1997．[9] 胡廣書．理論、算法與實現(xiàn)[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，1997． [10] Vinay ,John ．Digital Signal Processing using MATLAB(third edition)[M]．China:Science Press，2012.30
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