基于MATLAB的数字滤波器优化设计

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1、2014 届 本 科 生 毕 业 设 计 分 类 号 ： TN713题 目 : 基 于 MATLAB 的 数 字 滤 波 器 优 化 设 计作 者 姓 名 ： 解 少 飞学 号 ： 2010080215学 院 ： 机 械 与 电 子 工 程 学 院专 业 ： 电 子 信 息 工 程指 导 教 师 姓 名 ： 曹 吉 花 李 迎 军指 导 教 师 职 称 ： 副 教 授 工 程 师2014 年 5 月 10 日摘 要数 字 滤 波 器 是 数 字 信 号 处 理 中 最 重 要 的 组 成 部 分 之 一 。 在 许 多 科 学 技 术 领 域 中 ，广 泛 使 用 滤 波 器 对 信 号 进

2、行 处 理 。 数 字 滤 波 器 可 以 分 为 两 类 ， 即 无 限 冲 激 响 应 数 字 滤波 器 (IIR)和 有 限 冲 激 响 应 数 字 滤 波 器 (FIR)。 本 文 就 分 别 对 这 两 类 数 字 滤 波 器 的 设 计和 实 现 来 进 行 分 析 研 究 。在 IIR滤 波 器 的 设 计 过 程 中 ， 需 要 借 助 模 拟 原 型 滤 波 器 ， 再 将 模 拟 滤 波 器 转 化 为数 字 滤 波 器 ， 文 中 采 用 的 设 计 方 法 是 脉 冲 响 应 不 变 法 、 双 向 性 变 换 法 。 在 FIR滤 波 器的 设 计 过 程 中 主 要

3、 探 讨 了 用 窗 函 数 法 设 计 FIR滤 波 器 。 在 这 两 类 滤 波 器 的 整 个 设 计 过程 都 是 按 照 理 论 分 析 、 编 程 设 计 、 具 体 实 现 的 步 骤 来 进 行 的 。相 对 于 模 拟 滤 波 器 来 说 ， 数 字 滤 波 器 稳 定 、 没 有 漂 移 、 精 度 高 、 参 数 容 易 控 制 ，这 些 优 势 决 定 了 数 字 滤 波 器 的 应 用 越 来 越 广 泛 。关 键 词 ： 数 字 滤 波 器 ； MATLAB； 有 限 冲 激 响 应 ； 无 限 冲 激 响 应ABSTRACTDigital filter is o

4、ne of the most important parts of digital signal processing. In manyfields of science and technology, it is widely used for signal processing. Digital filter canbe divided as the Infinite Impulse Response digital filter (IIR) and the Finite ImpulseResponse digital filter (FIR) a. The paper aims at r

5、espective study in the design andrealizationofthesetwokindsofdigitalfilters.DuringthedesignofIIRfilters， weneedthehelpofanalogprototypefilter,andthentransform analog filter into digital filter. In the paper we use the design of the pulseresponse invariable method, the bilinear method. During the des

6、ign of FIR filters, wemainly discuss the design of the FIR filters by means of window functions. The design ofFIR and IIR follows the procedures of theoretical analysis, programming design andconcreterealization.Relative to ana1og fi1ter， the digital filter without excursion, be able to process lowf

7、requency signal ,the characteristic of frequency response close to ideal va1ue， with highprecision ,and easy to integrated .These advantages decide the application of digita1 filterbecomemoreandmoreextensively.Key words： Digital Filter ； MATLAB； IIR ； FIR目 录绪 论 .11 数 字 滤 波 器 及 MATLAB语 言 概 述 .21.1 数

8、字 滤 波 技 术 发 展 概 括 .21.2 常 用 滤 波 器 的 性 能 指 标 .31.3 MATLAB概 述 .52 IIR滤 波 器 设 计 .72.1 双 线 性 变 换 法 设 计 IIR数 字 滤 波 器 .72.2 脉 冲 响 应 不 变 法 .112.3 语 音 滤 波 实 例 .133 FIR滤 波 器 设 计 .183.1 窗 函 数 法 .183.2 FIR滤 波 器 滤 波 实 例 .22结 论 .25参 考 文 献 .26致 谢 .27宿 州 学 院 本 科 生 毕 业 设 计 基 于 MATLAB的 数 字 滤 波 器 优 化 设 计1绪 论数 字 滤 波 在

9、 通 信 、 图 像 编 码 、 语 音 编 码 、 雷 达 等 许 多 领 域 中 有 着 十 分 广 泛 的 应 用 。目 前 ， 数 字 信 号 滤 波 器 的 设 计 在 图 像 处 理 、 数 据 压 缩 等 方 面 的 应 用 取 得 了 令 人 瞩 目 的进 展 和 成 就 。 近 年 来 迅 速 发 展 起 来 。MATLAB是 美 国 MathWorks公 司 推 出 的 一 套 用 于 工 程 计 算 的 可 视 化 高 性 能 语 言与 软 件 环 境 。 MATLAB为 数 字 滤 波 的 研 究 和 应 用 提 供 了 一 个 直 观 、 高 效 、 便 捷 的 利器

10、 。 它 以 矩 阵 运 算 为 基 础 ， 把 计 算 、 可 视 化 、 程 序 设 计 融 合 到 了 一 个 交 互 式 的 工 作 环境 中 。 MATLAB推 出 的 工 具 箱 使 各 个 领 域 的 研 究 人 员 可 以 直 观 方 便 地 进 行 科 学 研 究 、工 程 应 用 ， 其 中 的 信 号 处 理 (signalproeessing)、 图 像 处 理 (imageproeessing)、 小 波(wavelet)等 工 具 箱 为 数 字 滤 波 研 究 的 蓬 勃 发 展 提 供 了 有 力 的 工 具 。数 字 滤 波 器 与 模 拟 滤 波 器 相 比

11、 ， 具 有 精 度 高 、 稳 定 、 体 积 小 、 重 量 轻 、 灵 活 、 不要 求 阻 抗 匹 配 以 及 能 实 现 模 拟 滤 波 器 无 法 进 行 的 特 殊 滤 波 等 优 点1。 本 文 主 要 介 绍 有限 冲 激 响 应 数 字 滤 波 器 （ FIR） 和 无 限 冲 激 响 应 数 字 滤 波 器 （ IIR） 的 设 计 原 理 、 方 法 、步 骤 以 及 在 MATLAB中 的 实 现 ， 并 以 实 例 形 式 列 出 设 计 程 序 和 仿 真 结 果 。宿 州 学 院 本 科 生 毕 业 设 计 基 于 MATLAB的 数 字 滤 波 器 优 化 设 计21 数 字 滤 波 器 及 MATLAB 语 言 概 述1.1 数 字 滤 波 技 术 发 展 概 括关 于 数 字 滤 波 器 ， 早 在 40年 代 末 期 ， 就 有 人 讨 论