基于matlab語(yǔ)言的數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)本科論文-wenkub.com
2024-10-04 14:16 本頁(yè)面
【正文】 基于MATLAB實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波設(shè)計(jì)，可通過(guò)修改濾波器的參數(shù)十分方便地改變?yōu)V波器的特性。 三 總結(jié)與展望 IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法是利用模擬濾波器成熟的理論及設(shè)計(jì)圖表進(jìn)行設(shè)計(jì)的，因而保留了一些典型模擬濾波器優(yōu)良的幅度特性。)。 以 pi 為單位的頻率 39。)。 subplot(2,2,4)。)。)。 subplot(2,2,3)。)。)。 subplot(2,2,2)。)。)。 subplot(2,2,1)。 as=round(max(db(ws/de_w+1:1:501)))。 rp=(min(db(1:1:wp/de_w+1)))。 db=20*log10((mag+eps)/max(mag))。)。 12 w_hm=(hamming(m))39。 wc=(ws+wp)/2。 disp([39。 程序主要部分如下： wp=*pi。如果不滿足要求，可根據(jù)具體情況，調(diào)整窗函數(shù)類型或長(zhǎng)度，直到滿足要求為止。 (2) 根據(jù)待求濾波器的理想頻率響應(yīng)求出理想單位脈沖響應(yīng) ??nhd 。設(shè)待求濾波器的過(guò)渡帶寬為 ?? ，它與窗口長(zhǎng)度 N 近似成反比。在實(shí)際工程中常用的窗函數(shù)有六種，即矩形窗、三角窗、漢寧窗、哈明窗、布萊克曼窗和凱塞窗。為了消除吉布斯效應(yīng)，一般采用其他類型的窗函數(shù)。要想得到一個(gè)因果的有限長(zhǎng)的濾波器 ??nh ，最直接的方法是截?cái)?? ? ? ? ? ?nnhnh d ?? ，即截取為有限長(zhǎng)因果序列，并用合適的窗函數(shù)進(jìn)行加權(quán)作為 FIR濾波器的單位脈沖 響應(yīng)。 (三 )FIR 數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì) [9] 1 原理 FIR 數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)問(wèn)題在于尋找系統(tǒng)函數(shù) ??zH ,使其頻率響應(yīng) )(eH jw 逼近濾波器要求的理想頻率響應(yīng) )(eH jwd ,其對(duì)應(yīng)的單位脈沖響應(yīng)為 )(nhd 。缺點(diǎn)是會(huì)產(chǎn)生頻率混疊現(xiàn)象，適合低通、帶通濾波器的設(shè)計(jì)，不適合高通、帶阻濾波器的的設(shè)計(jì)。%返回 N 階 butterworth 模擬 %低通濾波器原型的零點(diǎn)、極點(diǎn)和增益 8 [Bp,Ap]=zp2tf(z,p,k)。Nn=128。ws=3000*2*pi。 按頻率預(yù)畸變公式 )2/tan(??? ，將數(shù)字濾波器性能指標(biāo)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬 濾波器性能指標(biāo) ? ?2/tan ?pp ?? ， ? ?2/tan ?ss ?? 。%返回 N 階 butterworth 模擬 %低通濾波器原型的零點(diǎn)、極點(diǎn)和增益 [Bp,Ap]=zp2tf(z,p,k)。Nn=128。ws=3000*2*pi。 MATLAB 信號(hào)工具箱提供了幾個(gè)直接設(shè)計(jì) IIR 數(shù)字濾波器的函數(shù)， 直接調(diào)用這些函數(shù)就可以很方便地對(duì)濾波器進(jìn)行設(shè)計(jì) 。 2 IIR 數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)具體步驟 [5] (1)按照一定的規(guī)則將給出的數(shù)字濾波器的技術(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)換為模擬低通濾波器的技術(shù)指標(biāo)。 (二 )IIR 數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì) [4] 1 原理 IIR 數(shù)字濾波 器的系統(tǒng)函數(shù)為 z1? 的有理分式，即 ???????? nkkkmkkkzazbzH101)( （ 3） IIR 數(shù)字濾波器的逼近問(wèn)題就是求解濾波器的系數(shù) ak 和 bk ,使得在規(guī)定的物理意義上逼 近所要求的特性的問(wèn)題。 另一方面，若直接有差分方程來(lái)求輸出，由于所有的 ak 0? ，此時(shí)差分方程變?yōu)? ? ? ?knxbny mk k ????0 。 二 基于 MATLAB 語(yǔ)言的數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) （一）濾波原理 [4] 4 對(duì)于 IIR 系統(tǒng)由于 ??nh 無(wú)限長(zhǎng)，在實(shí)際計(jì)算中即使 ??nx 已知，顯然無(wú)法通過(guò)卷積公式 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?mnhmxnhnxnym ???? ??? 0 （ 1） 求得系統(tǒng)的響應(yīng) ??ny ，而只能從求解差分方程或 z 變換的方法求得 ??ny 。在這種情況下，濾波器的設(shè)計(jì)就要進(jìn)行大量復(fù)雜的運(yùn)算，單純的靠公式計(jì)算和編制簡(jiǎn)單的程序很難在短時(shí)間內(nèi)完成設(shè)計(jì)。 我國(guó)在 DSP 技術(shù)起步較早，產(chǎn)品的研究開發(fā)成績(jī)斐然，基本上與國(guó)外同步發(fā)展，而在 FPGA 方面起步較晚。廣義上，任何線性時(shí)不變離散系統(tǒng)都是一個(gè)數(shù)字濾波器。如果濾波器的輸入、輸出都是離散時(shí)間信號(hào)，則該濾波器的沖激響應(yīng)也必然是離散的，這樣的濾波器定義為數(shù)字濾波器 [2]。隨著 MATLAB 的不斷完善，尤其是 MATLAB 的信號(hào)處理工具箱的推出，如今 MATLAB 已經(jīng)成為數(shù)字信號(hào)處理應(yīng)用中分 析和仿真設(shè)計(jì)的主要工具。 FIR 數(shù)字濾波器具有自己突出的優(yōu)點(diǎn)：易于實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的線性相位、系統(tǒng)總是穩(wěn)定的、總能用因果系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn) [1]。 根據(jù)沖激響應(yīng)的時(shí)域特性，數(shù)字濾波器可以分為無(wú)限長(zhǎng)沖激響應(yīng)數(shù)字濾波器（ InfiniteImpulse Response Digital Filter,IIR） 和有限長(zhǎng)沖激響應(yīng)數(shù)字濾波器 （ Finite Impulse Response Digital Filter,FIR） 。文中給出了設(shè)計(jì)實(shí)例，仿真結(jié)果表明設(shè)計(jì)的各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到了指定要求，設(shè)計(jì)過(guò)程簡(jiǎn)便易行。 學(xué)習(xí)并實(shí)現(xiàn)了基于 MATLAB 語(yǔ)言的數(shù)字濾波器的研究，最終實(shí)現(xiàn)了數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)。 論文（設(shè)計(jì)）的主要內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)： 本論文的內(nèi)容大體化為三部分：第一部分是引言，介紹了數(shù)字濾波器的幾個(gè)基本的概念和目前的研究現(xiàn)狀。數(shù)字信號(hào)處理在通信、語(yǔ)音、圖像、自動(dòng)控制、雷達(dá)、軍事、航空航天、醫(yī)療和家用電器等眾多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。在數(shù)字信號(hào)處理中，數(shù)字濾波器占有非常重要的地位。第二部分是論文的主體部分，又分三小節(jié)依次介 紹了濾波原理、 III 數(shù)字濾波器原理及其設(shè)計(jì)步驟、 FIR 數(shù)字濾波器原理及其設(shè)計(jì)步驟。 附：論文（設(shè)計(jì)） 本人簽名： 2020 年 05 月 21 日 目錄 摘要 ............................................................ 1 Abstract .............................
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