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1、毕业设计论文数字高通IR滤波器目录1整体知识的介绍2.1MTLAB的介绍21.1.1基本功能21.2应用3.2滤波器的介绍13高通滤波器及其应用1.31高通滤波器的定义41.3.2高通滤波器的应用2FI滤波器的一般分析2高通滤波的时域分析2.2高通滤波器频域分析3频率取样法的数字高通滤波器的实现83.1设计条件83.2 FR 滤波器的仿真实现03.21FDTOL工具箱10.22 R滤波器参数设置13. 利用Pool仿真4实验小结参考文献1整体知识的介绍1.1MATLB的介绍MALAB是矩阵实验室（MtriLabortory)的简称，是美国MathWors公司出品的商业数学软件,用于算法开发、数
2、据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境,主要包括ALB和ilik两大部分。.1.1基本功能MTL是由美国mahwoks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案,并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言(如、Fn)的编辑模式,代表了当今国际科学计算软件的先进水平。 MATLAB和Mathematca、Mae并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件
3、中在数值计算方面首屈一指。ATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连 接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。 MATAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似,故用MATLA来解算问题要比用，FOTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且TLAB也吸收了像Mp等软件的优点,使MATAB成为一个强大的数学软件。在新的版本中也加入了对C,FORTRAN，C+ ,JAVA的支持。可以直接调用，用户也可以将自己编写的实用程序导入到MTLAB函数库中方便自己以后调用，此
4、外许多的MALAB爱好者都编写了一些经典的程序,用户可以直接进行下载就可以用。1.应用TAB产品族可以用来进行以下各种工作: 数值分析 数值和符号计算 工程与科学绘图 控制系统的设计与仿真 数字图像处理技术 数字信号处理 技术 通讯系统设计与仿真 财务与金融工程 MATLB的应用范围非常广,包括信号和图像处理、通讯、控制系统设计、测试和测量、财务建模和分析以及计算生物学等众多应用领域。附加的工具箱（单独提供的专用 MATLAB 函数集）扩展了MATAB环境,以解决这些应用领域内特定类型的问题。1.2滤波器的介绍数字滤波器(digtafer)是由数字乘法器、加法器和延时单元组成的一种装置。其功能
5、是对输入离散信号的数字代码进行运算处理,以达到改变信号频谱的目的。由于电子计算机技术和大规模集成电路的发展，数字滤波器已可用计算机软件实现，也可用大规模集成数字硬件实时实现。数字滤波器广泛用于数字信号处理中,如电视、VC、音响等。按照滤波电路的工作频带为其命名：设截止频率为fp,频率低于f的信号可以通过，高于fp的信号被衰减的电路称为低通滤波器，频率高于fp的信号可以通过,低于fp的信号被衰减的电路称为高通滤波器;而带通吗，就是频率介于低频段截止频率和高频段截止频率的信号可以通过的电路。.3高通滤波器及其应用1.3.高通滤波器的定义高通滤波器是容许高频信号通过、但减弱（或减少）频率低于截止频率
6、信号通过的滤波器。对于不同滤波器而言,每个频率的信号的减弱程度不同。它有时被称为低频剪切滤波器;在音频应用中也使用低音消除滤波器或者噪声滤波器。高通滤波器与低通滤波器特性恰恰相反。13.2高通滤波器的应用这样的滤波器能够把高频率的声音引导至专用高音喇叭(tweter),并阻止可能干擾或者损害喇叭的低音信号。使用线圈而不是电容的低通滤波器也可以同时把低频信号引导至低音喇叭(woofe)。参见音频桥(en:adio rosovr)。高通和低通滤波器也用于数字图像处理中在频域中进行变换。2 FIR滤波器的一般分析滤波就是有选择性地提取或去掉(或削弱）某一段或某几段频率范围内的信号,数字滤波器是一种用
7、来过滤时间离散信号的数字系统，它是通过对抽样数据进行数学处理来达到选频目的。数字滤波器根据其单位冲激响应函数的时域特性分为两种:无限长冲激响应(IR) 滤波器和有限长冲激响应(FIR)滤波器。I滤波器保留了模拟滤波器较好的幅度特性,设计简单有效。但这些特性是以牺牲相位特性为代价而获得的,然而现在许多数据传输,图像处理系统都越来越多的要求系统具有线性相位特性。 在这方面,FIR 滤波器具有独特的优点，它可以保持严格的线性相位特性,因此越来越受到广泛的重视。2.1高通滤波的时域分析在时域,信号经过系统的响应 (n）体现为激励()跟系统单位抽样响应h(n)的卷积和y()=（n）h(n)1mh（）x(
8、n-m)23 。对于长度为N的FI系统, h(n)可以看成一个长度为N点的固定窗口,而x(）则看成一个队列以齐步走的方式穿过(）窗口,每走一步,位于窗口中的x（n)部分的点跟h(n)的对应点的值相乘(即加权)再求和,所得结果构成此时系统的响应值(n), x(n)队列每走一步就得到一个响应值y(n),即y(n）是h()对位于其窗口中的x(n)的加权求和。高通滤波要求(n)窗口具有波形锐化作用,即利用（n）窗口加权和使得变化快的(即高频)正弦分量保留(理想高通)或衰减幅度小(实际高通) ，而变化缓慢(即低频)的正弦分量正负抵消(理想高通)或衰减幅度大（实际高通) 。设 其中N 必须取奇数,2.1其
9、中:s = 11kHz,为整数,即x ( n)由10z的1(n)和kHz的x2(n)两种频率的信号组成。高通滤波的目的就是要尽可能地去掉(n)中的低频分量x1（n) ，同时尽可能地保留(n)中的高频分量x2（n）。x(n)跟h(n）卷积结果如图1所示,从图可看出,响应y（n）中几乎只剩下右移了(N-1）/2=个样值点的1kH的信号x2(n） 。2.2高通滤波器频域分析在频域，信号经过系统的响应y(n）的频谱Y(ej)体现为激励(n)的频谱X (ej)跟系统单位抽样响应h(n)的频谱H(j)（即系统的频谱)的乘积Y（ej)|(ej)|X(ej)|jHx，即响应的频谱Y(ej)的幅值由系统频谱H（
10、ej)的幅值对激励频谱X(j）的幅值相乘(加权）得到,响应的频谱Y（ej)的幅角由系统的频谱H(j)的幅角跟激励频谱X(j）的幅角相加（移相）得到12 。高通滤波要求系统幅度函数|H(jf)对需要保留的高频信号频谱加权权重较大(理想时为1),对需要滤除的低频信号频谱加权权重较小(理想时为) 。其中L为(n)的长度(L=100)，L- 1,N为h（n)的有值长度，m、k均为整数,跟数字频率k相对应的模拟频率为f=sk/L （Hz)。(n)在不同N值时的频谱如图所示（横轴单位为Hz),当N=11时,在=m(kHz）即f=1kHz、2kHz、3kHz等处为1，而在f(m-0.)（kH)即f=15H、
11、35kHz等处幅度最大。而在f=(2m+0.)（z)即f=2.5kHz、4.5k等处幅度最小,如图2（b);当N5时,在f=ms/5处为1,即f=2kHz、3kHz等处为1,在f（m-1)fs/1即f=.kHz处幅度最大。而在=（4m+1)fs/10即5.5kH处幅度最小，如图2（c);当N21时,在f=mfs21即f=524Hz、104Hz等处为1, 在f=（4m-)s42处幅度最大,而在f=（m+1)fs/4处幅度最小,如图图.2.1用不同宽度的h()对x（n)的滤波在频域上表现如图2.2所示，图2.2.(a)为x(n)的频谱(j) ,从图2中可以看出()中含有10Hz和1kz两种频率的信
12、号,图2.2.1(b)(d)为不同长度的h(n)对同一(）的滤波情况,这跟在时域中分析的结论是一致的。3频率取样法的数字高通滤波器的实现在应用Mata语言进行FIR 滤波器的设计时, 可以随时对比设计要求和滤波器特性, 并可通过不断调整设计参数, 获得较合适的冲激响应和幅度响应,以使滤波器达到最优化。3.1设计条件w.3*pi； ws=4*pi;阻带衰减为50d,抽样频率为s=1500，频谱分析采用rqz函数,实际振幅响应采用Hr,ww,a,L = h_tp(h)，d,mag,pha，w = freqz_m2（h，l）;h_tye1: 计算所设计的I型滤波器的振幅响应 r=振幅响应 = I型滤
13、波器的系数 L Hr的阶次 h = I型滤波器的单位冲激响应 freqm2 滤波器幅值响应(绝对、相对)、相位响应 db: 相对幅值响应； mag: 绝对幅值响应； ha： 相位响应；w: 采样频率; b: 系统函数H()的分子项(对FIR,b) a:系统函数H(z)的分母项(对FI，a1)对应本次的输入信号为：=si(2*it*100)/2si(*p*500)/+in(2pi*t*100）/+sin(2*pi*2000)+sin(2pit*300)/2;输出的波行如图3.所示:图3.3.1输入信号的波行y=filter(h,1,x）；%输出信号 a,=eqz(x);f1f1/pi*fs/2；%输入频谱b，f2rqz(y）; f2=f2/pi*fs/2;%输出频谱图31高通输出图32 FR 滤波器的仿真实现在滤波器设计中要对理想滤波器抽样响应进行截断. 截断后不可避免的产生了频谱泄漏, 为了尽量减小频谱泄漏, 在设计滤波器时要采用不同的窗函数来满足不同用途的要求.各种窗函数的幅频响应都存在明显的主瓣和旁瓣. 主瓣宽度和旁瓣的幅值衰减特性决定了窗函数的应用. 用于滤波器的窗函数,一般要求窗函数主瓣宽度窄,以获得较好过渡带:旁瓣相对值尽可能小， 以增加通带段的平稳度和增大阻带的衰减窗函数应满足在0 FnN范围内关于a 对称,在其它区域取零值
