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1、武昌工学院毕业论文（设计）专用稿纸 本科毕业论文（设计）论文题目：基于MATLAB的数字滤波器的设计姓名：学号：班级：02班年级：2011级专业：通信工程系部：信息工程学院指导教师：（副教授）完成时间：2015年 4 月 15 日作者声明本毕业论文（设计）是在导师的指导下由本人独立撰写完成的，没有剽窃、抄袭、造假等违反道德、学术规范和其他侵权行为。对本论文（设计）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。因本毕业论文（设计）引起的法律结果完全由本人承担。毕业论文（设计）成果归武昌工学院所有。特此声明作者专业：通信工程作者学号：作者签名： 年 月 日基于MATLAB的数字滤波器的
2、设计The Design Of Digital Filter based on MATLAB 2015 年4月15日摘 要本文研究基于MATLAB的数字滤波器的设计。首先介绍了本课题研究的目的及意义，调研了国内外数字滤波器应用现状及发展趋势；接着对MATLAB软件的发展历史、语言特点、功能特性进行了介绍；其次对数字滤波器进行了简介，其中包括数字滤波器的基本概念、类型、设计步骤、基本结构等；然后本文重点描述了IIR和FIR数字滤波器的设计过程和设计方法。对于IIR数字滤波器，详细的分析了双线性变换法、脉冲响应不变法：对于FIR数字滤波器，详细分析了窗函数法、最小二乘法、最优化设计法。通过MATL
3、AB软件对五种不同方法编写的程序进行仿真，分析仿真结果，比较各种设计方法的适用范围和它的不可替代性。基于MATLAB的数字滤波器的设计，将数字滤波器的设计集于一个软件包，十分方便、直观、准确和可靠。借助于MATLAB设计滤波器的这种优越性，推动了滤波技术的高速发展。基于MATLAB语言可扩充的特点，提高了编程的效率，节约了大量的编程时间。本文所研究的内容，对通过MATLAB软件设计数字滤波器的发展起到一定的促进和推动作用。关键字：IIR数字滤波器；FIR数字滤波器；脉冲响应不变法；双线性变换；窗函数；最小二乘法；最优化设计AbstractThis paper is based on the d
4、esign of MATLAB digital filter. It first Introduces the purpose and significance of the topic and researches the application status and development trends of the digital filter at home and abroad; Secondly it presents the historical development of the MATLAB software. Then it gives a brief introduct
5、ion of the digital filter, including the basic concepts of digital filters, types, design steps and the basic structure; Besides it emphatically describes the design process and design methods IIR and FIR digital filter. For IIR digital filter, a detailed analysis of the bilinear transform and impul
6、se response invariance is given. For FIR digital filter, a detailed analysis of the window function method, least squares method, optimized design is given. Simulating the program written in five different methods through MATLAB software, analysis the simulation results and then compare the scope of
7、 application of various design methods and their irreplaceable ability. The digital filter design based on MATLAB, setting the digital filter design in a package, very convenient, intuitive, accurate and reliable. This superiority promotes the rapid development of filtering technology. The features
8、that MATLAB language features can be expanded improves the programs efficiency and saves a lot of programming time. The content of this paper plays a certain role in promoting and facilitating the development of the digital filter by MATLAB software design .Key words: IIR digital filter; FIR digital
9、 filter ; Impulse response invariance; double linear transformation; Window function; least squares method; optimal design目 录1 引 言- 1 -1.1课题研究的目的和意义- 1 -1.2国内外发展现状和趋势- 1 -1.3本文研究的主要内容- 3 -2 MATLAB软件概述- 3 -2.1发展历程及语言特点- 3 -2.2 MATLAB的应用与功能特性- 4 -3 数字滤波器简介- 5 -3.1数字滤波器的概念- 5 -3.2 IIR数字滤波器的基本结构- 5 -3.3
10、 FIR数字滤波器的基本结构- 7 -3.4数字滤波器的性能指标- 8 -4 数字滤波器的MATLAB实现- 9 -4.1IIR数字滤波器的MATLAB实现- 9 -4.2 FIR数字滤波器的MATLAB实现- 14 -总 结- 26 -主要参考文献- 27 -后 记- 28 - 3 -1 引 言1.1课题研究的目的和意义目前，数字信号处理理论与应用已成为一门及其重要的高新技术学科。数字信号处理技术日益成熟,广泛应用于各个领域。伴随着社会和经济的伟大变革，如今人人享有通信自由。从过去的普通电话到现在随时随地视频聊天，移动电话不再是特殊阶层使用，已成为大众日常生活的普通工具。网络资源的共享，使得
11、学生或是工作人士轻而易举的获取到自己想要的资料。科技带给我们生活的极大便利，可能很多人会想到计算机发挥了很大作用，但是，数字信号处理技术发挥的作用也是惊人的。如果没有这一技术的快速发展和应用，可能我们还没有那么快就可以足不出户而正常生活着。数字信号处理（DSP: Digital Signal Processing）经过几十年的不断发展，一套较为完整的的学科领域和理论体系现在逐渐形成了。滤波含有过滤之意，将信号中无用部分滤除，得到想要的部分，而滤波却是信号处理技术的一个重要分支。凡是信号经过的系统，比如硬件系统、算法程序等软件系统，都会起到滤波的作用。人们往往熟知通过不同的电子元器件组成的模拟滤
12、波器，但随着计算机技术、数字电路技术、大规模集成电路技术的发展，数字滤波技术越来越受人们亲赖。因为数字滤波器较之模拟滤波器有如下优势：（1）精度高。（2）灵活性大。（3）性能可靠。（4）易于大规模集成，设计简单。（5）并行处理。（6）性能参数易变。基于上述众多优点，数字滤波器在许多的应用领域逐步代替了传统的模拟滤波器，并且正在各种科学研究或工程技术领域里快速发展。所以，对数字滤波器的研究和分析有着很重要的实际需要。数字滤波已成功应用在语音处理、图像处理、医疗、电视、通信、雷达、航天、声纳、音乐、军事等领域。而基于MATLAB软件实现数字滤波器的设计，可通过修改滤波器的参数十分方便的改变滤波器的
13、特性，进而解决一些特定需求。因此我们有必要对滤波器的设计方法进行探讨和研究，理解滤波器工作原理，优化设计方法，设计开发出稳定性好的滤波器系统。数字滤波涉及大量的运算，离开了计算机及相应的软件，就不可能解决任何稍微复杂的实际应用问题。MATLAB已成为国际公认的数字滤波的标准软件和开发平台。借助于MATLAB软件设计数字滤波器设计不仅方便而且易于实现，现已成为人们研究和学习的热点。因此基于MATLAB的数字滤波器的设计，不仅有着重要的理论意义，而且有着重要的现实意义。1.2国内外发展现状和趋势在近代电信装备和各类控制系统中，滤波器应用极为广泛，凡是有能力进行信号处理的装置都可以称为滤波器；在所有
14、的电子产品部件中，使用最广，技术最复杂要算滤波器了。对滤波器的研究和生产历来为各国所重视，因为，滤波器的优劣直接决定产品的优劣。早在上世纪40年代末，开始了关于数字滤波器的可能性的讨论，并在20世纪50年代也有人讨论了数字滤波的问题。在此期间，科学家们做了大量卓有成效的工作，这些工作对于后来数字滤波器的快速发展，发挥了非常重要的作用。到了上个世纪60年代中期，美国科学家库里，杜克总结了前人研究成果，经过长期研究，使得快速傅立叶变换的这一成果的到来。在数字信号处理和数字滤波中，快速傅立叶变换的出现是学术界一直认可的一个科学里程碑。自那时以来，各种快速傅立叶变换已经出现在数字滤波领域，在数字滤波器
15、中开始形成了成套正规理论。在这一时期，提出了各种各样的数字滤波结构，有的则以运算速度快见长，有的以运算误差是最小误差为特点，出现了数字滤波器的各种实现方法。对递归和非递归两类滤波器作了全面的比较，统一了数字滤波器的基本概念和理论降数字滤波器的一个重要发展是对有限冲激响应和无限冲激响应关系的认识转化。在初期，一般认为IIR滤波器比FIR滤波器具有更高的运算效率，因而明显地趋向于前者。后来，当人们提出用快速傅利叶变换实现卷积运算的概念之后，发现高阶FIR滤波器也可以用很高的运算效率来实现，这就促使人们对高性能FIR滤波器的设计方法和数字滤波器的频域设计方法进行了大量的研究。数字滤波器尽管在语音、声纳、地震的信号处理中曾经发挥过作用，但由于以前计算机主机的价格很昂贵，严重阻碍了数字滤波器的发展，随着计算机科学的飞速发展，数字滤波器越来越多的展示出它自身的优势，正在加速进入各种工业领域经过最近几十年的发展，线性滤波方法，如维纳滤波、卡尔曼滤波和自适应滤波得到了广泛的研究和应用。一些非线性滤波方法，如小波滤波、同态滤波、中值滤波、形态滤波等都是现代信号处理的前沿课题，不但有重要的理论意义，而且有广阔的应用前景。80年代致力
