基于matlab的濾波器的設(shè)計與仿真-資料下載頁
2025-06-27 18:34本頁面
【正文】 得到如圖 2 的仿真結(jié)果。其中仿真過程中可導(dǎo)入 FDATool所設(shè)計的濾波器文件。11圖 2 Simulink 仿真結(jié)果 比較圖 2 中(b)和(c)的波形可知，輸入的原始信號經(jīng)過濾波器濾波后，(b)中波形的毛刺部分(即干擾噪聲)被濾除，輸出的信號更接近正弦波，如(c)中所示波形。由此說明，傳遞函數(shù)為 H( z)=()的濾波器的設(shè)計是恰當(dāng)?shù)摹? FIR 數(shù)字濾波器與 IIR 數(shù)字濾波器的比較 從性能上來說，IIR 濾波器傳遞函數(shù)包括零點(diǎn)和極點(diǎn)兩組可調(diào)因素，對極點(diǎn)的惟一限制是在單位圓內(nèi)。因此可用較低的階數(shù)獲得高的選擇性，所用的存儲單元少，計算量小，效率高。但是這個高效率是以相位的非線性為代價的。選擇性越好，則相位非線性越嚴(yán)重。FIR 濾波器傳遞函數(shù)的極點(diǎn)固定在原點(diǎn)，是不能動的，它只能靠改變零點(diǎn)位置來改變它的性能。所以要達(dá)到高的選擇性，必須用較高的階數(shù)；對于同樣的濾波器設(shè)計指標(biāo)，F(xiàn)IR 濾波器所要求的階數(shù)可能比 IIR 濾波器高 510 倍，結(jié)果，成本較高，信號延時也較大；如果按線性相位要求來說，則 IIR 濾波器就必須加全通網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行相位校正，同樣要大大增加濾波器的階數(shù)和復(fù)雜性。而 FIR 濾波器卻可以得到嚴(yán)格的線性相位。 從結(jié)構(gòu)上看，IIR 濾波器必須采用遞歸結(jié)構(gòu)來配置極點(diǎn)，并保證極點(diǎn)位置在單位圓內(nèi)。由于有限字長效應(yīng)，運(yùn)算過程中將對系數(shù)進(jìn)行舍入處理，引起極點(diǎn)的偏移。這種情況有時會造成穩(wěn)定性問題，甚至產(chǎn)生寄生振蕩。相反，F(xiàn)IR 濾波器只要采用非遞歸結(jié)構(gòu)，12不論在理論上還是在實際的有限精度運(yùn)算中都不存在穩(wěn)定性問題，因此造成的頻率特性誤差也較小。此外 FIR 濾波器可以采用快速傅里葉變換算法，在相同階數(shù)的條件下，運(yùn)算速度可以快得多。 另外，也應(yīng)看到，IIR 濾波器雖然設(shè)計簡單，但主要是用于設(shè)計具有分段常數(shù)特性的濾波器，如低通、高通、帶通及帶阻等，往往脫離不了模擬濾波器的格局。而 FIR 濾波器則要靈活得多，尤其是他易于適應(yīng)某些特殊應(yīng)用，如構(gòu)成數(shù)字微分器或希爾波特變換器等，因而有更大的適應(yīng)性和廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。 從上面的簡單比較可以看到 IIR 與 FIR 濾波器各有所長，所以在實際應(yīng)用時應(yīng)該從多方面考慮來加以選擇。從使用要求上來看，在對相位要求不敏感的場合，如語言通信等，選用 IIR 較為合適，這樣可以充分發(fā)揮其經(jīng)濟(jì)高效的特點(diǎn)；對于圖像信號處理，數(shù)據(jù)傳輸?shù)纫圆ㄐ螖y帶信息的系統(tǒng)，則對線性相位要求較高。如果有條件，采用 FIR 濾波器較好。當(dāng)然，在實際應(yīng)用中可能還要考慮更多方面的因素。6 結(jié)論利用 MATLAB 的信號處理工具箱強(qiáng)大的信號處理功能，采用編程的方法設(shè)計數(shù)字濾波器，使設(shè)計達(dá)到了最優(yōu)化；并且它可以快速的實現(xiàn)數(shù)字濾波器的仿真，使設(shè)計達(dá)到了最簡化。本文設(shè)計的數(shù)字濾波器采用 IIR 和 FIR 兩種方法來實現(xiàn)，其中 IIR 采用巴特沃什，F(xiàn)IR 采用布萊克曼窗函數(shù)法，按設(shè)計指標(biāo)要求進(jìn)行設(shè)計。利用 MATLAB 采用編程的方法實現(xiàn)。通過對 IIR 數(shù)字濾波器和 FIR 數(shù)字濾波器的比較可知 IIR 數(shù)字濾波器幅頻特性較好，而相頻特性曲線呈非線性，會使信號產(chǎn)生失真，階數(shù)比 FIR 數(shù)字濾波器低，系統(tǒng)不穩(wěn)定；FIR 數(shù)字濾波器相位線性，信號在傳輸過程中不會產(chǎn)生失真，系統(tǒng)穩(wěn)定，階數(shù)高，而幅頻特性難以滿足要求。13參考文獻(xiàn)[1] 蔣志凱．?dāng)?shù)字濾波與卡爾曼濾波[M]，北京：中國科學(xué)技術(shù)出版社，1993：100120．[2] 趙健，李勇．?dāng)?shù)字信號處理[M]，北京：清華大學(xué)出版社，2022：103155．[3] 陳懷?。?dāng)?shù)字信號處理教程—MATLAB 釋義與實現(xiàn)[M]，北京：電子工業(yè)出版社，2022：106123．[4] 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，1997：123156 ．[5] 胡光書．?dāng)?shù)字信號處理：理論、算法與實現(xiàn)[M]，北京：清華大學(xué)出版社，1997：136155．[6] 樓天順．基于 MATLAB 的系統(tǒng)分析與設(shè)計信號處理[M]，西安：西安電子科技大學(xué)出版社，1998：133142．[7] 徐明遠(yuǎn)．MATLAB 仿真在通信與電子工程中的應(yīng)用[M]，西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2022：154187．[8] 陳后金．?dāng)?shù)字信號處理[M]，北京：高等教育出版社，2022：124177．[9] [美]Sanjit 著，孫烘，余翔宇等譯．?dāng)?shù)字信號處理實驗指導(dǎo)書（MATLAB 版）[M]，北京：電子工業(yè)出版社，2022：7185．[10] 陳桂明，張明照，戚紅雨．應(yīng)用 MATLAB 語言處理數(shù)字信號與數(shù)字圖像[M]，北京：科學(xué)出版社，2022：165200.[11] 趙健，李毅，楊菊平．?dāng)?shù)字信號處理學(xué)習(xí)輔導(dǎo)[M]，北京：清華大學(xué)出版社，2022：9395．
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