基于matlab的數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)論文-閱讀頁
2025-07-03 15:41本頁面
【正文】 信號進(jìn)行加工和變換,改變輸入序列的頻譜或信號波形,讓有用頻率的信號分量通過,抑制無用的信號分量輸出。數(shù)字濾波器按單位脈沖響應(yīng)的性質(zhì)可分為無限長單位脈沖響應(yīng)濾波器IIR和有限長單位脈沖響應(yīng)濾波器(FIR)兩種。數(shù)字濾波器技術(shù)指標(biāo)指標(biāo)參數(shù)變換模擬濾波器技術(shù)指標(biāo)相應(yīng)模擬濾波器設(shè)計(jì)模擬濾波器離散化數(shù)字濾波器 IIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)思路與步驟 IIR 數(shù)字濾波器可用一個n階差分方程y(n)=Σbrx(nr)+Σaky(nk),或用它的Z域系統(tǒng)函數(shù): 不難看出,數(shù)字濾波器與模擬濾波器的設(shè)計(jì)思路相仿,其設(shè)計(jì)實(shí)質(zhì)也是尋找一組系數(shù){b,a},去逼近所要求的頻率響應(yīng),使其在性能上滿足預(yù)定的技術(shù)要求。IIR數(shù)字濾波器的單位響應(yīng)是無限長的,而模擬濾波器一般都具有無限長的單位脈沖響應(yīng),因此與模擬濾波器相匹配。已經(jīng)證明,沖擊響應(yīng)不變法和雙線性變換法能較好地?fù)?dān)當(dāng)此任,則在此基礎(chǔ)上,數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)就可首先歸結(jié)為模擬濾波器的設(shè)計(jì)了。 1 .傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法 根據(jù)前述設(shè)計(jì)思路,首先設(shè)計(jì)一個模擬原型濾波器(截止頻率為1rad/s的低通濾波器),然后在模擬域(S平面)進(jìn)行頻率變換,將模擬原形濾波器轉(zhuǎn)換成所需類型(指定截止頻率的低通、高通、帶通、帶阻)的模擬濾波器,再將其數(shù)字離散化,從S平面映射至Z平面,得到所需技術(shù)指標(biāo)的數(shù)字濾波器。 模擬濾波器到數(shù)字濾波器的轉(zhuǎn)換可在時域進(jìn)行也可在頻域?qū)崿F(xiàn),時域轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵是要使數(shù)字濾波器與模擬濾波器時域響應(yīng)的采樣值相等,以保持其瞬態(tài)特性不變,常用的是沖擊響應(yīng)不變法。 傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法思路清晰,步驟詳盡,可參閱公式、手冊循章而行。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方法是集電路理論、網(wǎng)絡(luò)圖論、數(shù)值分析、矩陣運(yùn)算、元件建模、優(yōu)化技術(shù)、高級計(jì)算機(jī)語言等多交叉學(xué)科于一身的新領(lǐng)域,它把計(jì)算機(jī)的快速、高精度、大存儲容量、嚴(yán)格的邏輯判斷和優(yōu)良的數(shù)據(jù)處理能力與人的思維創(chuàng)造能力充分結(jié)合起來,極大地簡化了數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)過程。3 .4各種設(shè)計(jì)方法的MATLAB實(shí)現(xiàn) 基于模擬低通原型的MATLAB實(shí)現(xiàn)通過模擬低通原型濾波器進(jìn)行數(shù)字帶通設(shè)計(jì)程序：fp=480 %模擬低通通帶上限頻率fs=520 %模擬低通阻帶下限頻率wp=2*pi*fp %模擬低通通帶上限角頻率ws=2*pi*fs %模擬低通阻帶下限角頻率rp=3 %通帶波動rs=20 %阻帶衰減%巴特沃斯模擬低通原型濾波器設(shè)計(jì)[n,wn]=buttord(wp,WS,rp ,rs,39。)[z,p,k]=buttap(n) %模擬低通原型零、極點(diǎn)系數(shù)[b1,a1]=zp2tf(z,p,k) %零、極點(diǎn)系數(shù)轉(zhuǎn)換為傳遞函數(shù)%巴特沃斯模擬低通原型濾波器頻率響應(yīng)[hl,w1]=freqs(b1,a1)mag1=abs(h1)模擬低通原型濾波器幅頻特性曲線subplot(221)。plot(20*log10(mag2))沖擊響應(yīng)不變法進(jìn)行離散化設(shè)計(jì)fo=2000 %采樣頻率[bz,az]=impinvar(b2,a2,2000) %數(shù)字帶通濾波函數(shù)系數(shù)巴特沃斯型數(shù)字帶通濾波器頻率響應(yīng)[hz,w]= freqz(bz,az)magz=abs(hz)phz=unwrap(angle(hz))subplot(223)。flot(plot) %數(shù)字帶通濾波器相頻特性曲線fs=[450,550] %模擬通帶、阻帶頻率wp=[480,520]*pi*2 %模擬通帶角頻率ws=[450,550]*pi*2 %模擬阻帶角頻率rp=3。s39。s39。pha=unwrap(angle(ha))subplot(421)。plot(w/(2 pi),pha) %模擬相頻曲線沖擊響應(yīng)不變法進(jìn)行離散化設(shè)計(jì)fo=5000 %采樣頻率[bn,an]=impinvar(b,a,5000) %數(shù)字帶通濾波函數(shù)系數(shù)巴特沃斯型數(shù)字帶通濾波器頻率響應(yīng)[hz,w]=freqz(bn,an)mz=abs(hz)。plot(w,mz) %數(shù)字濾波器幅頻曲線subplot(424)。t=n/foxl=2*square(2*pi*500*t) %500Hz方波信號subplot(426)。plot(yi) %卷積輸出波形y1=filter(bn,an,x1) %數(shù)字濾波函數(shù)輸出subplot(428)。 基于直接原型變換法的MATLAB實(shí)現(xiàn)數(shù)字帶通濾波器直接設(shè)計(jì)程序fp= [480,520]。rs=20 %通帶波動、阻帶衰減fo=10000 %采樣頻率%頻率指標(biāo)變換wp=2*pi*fp/f0 %數(shù)字通帶頻率ws=2*pi*fs/fo %數(shù)字阻帶頻率%切比雪夫1型數(shù)字帶通濾波器直接設(shè)計(jì)[n,wn]=cbeblord(wp/pi,ws/pi,rp,rs)[b,a]=chebyl(n,rp,wn) %數(shù)字帶通濾波器系數(shù)%切比雪夫1型數(shù)字帶通濾波器頻率響應(yīng)[h,w]= freqz(b,a,128,10000)mag=abs(h。plot(w,mag) %幅頻曲線subplot(322)。plot(hi) %響應(yīng)曲線n=0:500。plot(t,x1) %500Hz方波波形yi=conv(hi,x1) %時域卷積輸出subplot(326)。 stem(y1) %數(shù)字濾波器輸出波形 基于MATLAB的信號處理工具箱為數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)帶來了全新的實(shí)現(xiàn)手段,設(shè)計(jì)快捷方便,仿真波形直觀。實(shí)際應(yīng)用中,數(shù)字濾波器也可以對連續(xù)時間信號進(jìn)行處理,但需要先對連續(xù)信號進(jìn)行A/D變換,經(jīng)數(shù)字濾波后,再經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換得到所需要的連續(xù)信號。倪養(yǎng)華,王重瑋編著， 數(shù)字信號處理與實(shí)現(xiàn)，上海：上海交通大學(xué)出版社，1998。3吳湘淇、肖熙、郝曉莉， 信號系統(tǒng)與信號處理的軟硬件實(shí)現(xiàn)，北京：電子工業(yè)出版社，2003。5 陳桂明，應(yīng)用MATLAB語言處理數(shù)字信號與數(shù)字圖像，北京：科學(xué)出版社，2001。7叢玉良、王宏志，數(shù)字信號處理及其MATLAB實(shí)現(xiàn)，電子工業(yè)出版社。9薛年喜，MATLAB在數(shù)字信號處理中的應(yīng)用，清華大學(xué)出版社。 19
高考資料相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號-1