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1、 摘 要在当今的数字信息的世界里，数字信号处理已经演变成一门越来越重要的学科，并在通信、语音、图像、自动控制、雷达、军事、航空航天、医疗和家用电器等众多领域得到了广泛的应用。其中数字滤波是数字信号处理的重要内容。数字滤波器可分为IIR和FIR两大类，对于IIR滤波器的设计来说主要有脉冲响应不变法和双线性变换法，而对于FIR数字滤波器的设计来说主要有窗函数法和频率采样设计法。本文应用MATLBA对数字低通滤波器进行仿真，并给出一定频率的信号通过所设计的滤波器来验证滤波器的性能，主要的研究工作主要包括以下几方面的内容:(1)介绍IIR滤波器和FIR滤波器的结构特点并比较两者之间的差别。(2)在MA
2、TLAB中应用双线性变换法和脉冲响应不变法设计IIR滤波器，给出了滤波器的频率特性图和相位特性图。(3)通过编写MATLAB程序用窗函数设计法和频率采样法来完成FIR低通滤波器的设计，并给出几个不同频率的信号通过所设定的滤波器来验证滤波器的性能。(4)在MATLAB中应用Simulink模块来仿真FIR低通滤波器，并在示波器上同时显示输入信号的频率和输出信号的频率，最后对结果进行分析。【关键字】 FIR滤波器 IIR滤波器, 双线性变换法 脉冲响应不变法 窗函数法 频率采样法 MATLAB ABSTRACTIn nowadays world of digital information, di
3、gital signal processing has become an increasingly important subject, and has been widely applied in all fields, such as medicine, communications, and other areas, digital filters are important elements of digital signal processing. Digital filters can be divided into two kinds of IIR and FIR, IIR f
4、ilter design for pulse response method and bilinear transformation method, for FIR digital filter design, the main Windows function method and frequency of sampling design.In this paper simulation using MATLAB for digital low-pass filter, and to give a signal of a certain frequency through the filte
5、rs designed to verify the performance of filter, the main research work mainly includes the following content: (1) Describes the structure of FIR and IIR filters filter characteristics and comparison of the differences between the two. (2) In MATLAB using bilinear transformation method and impulse r
6、esponse method design of IIR filters, to out of the filters of frequency response and phase characteristics. (3) Design method by writing MATLAB programs use the windows function and frequency sampling method to accomplish the design of FIR low-pass filters, and gives several different frequency sig
7、nals passes through a set of filters to verify that the filters performance. (4) In the MATLAB Simulink simulation FIR low-pass filter module to the application, and also on the scope displays the frequency of the input signal and the output signal frequency, final analysis of the results.【Key words
8、】FIR digital IIR digital filter Bilinear transformation method Impulse response method Windows function Frequency sampling method MATLAB毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个
9、人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发
10、表或撰写的成果作品。对本文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。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日目 录前 言1第一章 数字滤波器2第一节 数字滤波器的简介2第二节 数字滤波
11、器的应用3第三节 数字滤波器的实现方法分析及优点4第四节 MATLAB和Simulink简介5第五节 本章小结7第二章 数字滤波器的结构和设计原理8第一节 数字滤波器的基本结构8一、IIR滤波器的基本结构8二、FIR滤波器的基本结构10第二节 数字滤波器的设计原理12一、滤波器的设计步奏12二、滤波器的性能指标13第三节 IIR滤波器与FIR滤波器的分析比较13第四节 本章小结15第三章IIR滤波器的设计16第一节 脉冲响应不变法的基本原理16一、变化原理16二、混叠失真16三、主要特点17四、MATLAB（脉冲响应不变法）设计滤波器18第二节 双线性不变法的基本原理19一、变换原理19二、主
12、要优缺点19三、MATLAB(双线性变化法)设计数字低通滤波器19第三节 本章小结21第四章 FIR滤波器的设计22第一节 线性相位FIR滤波器的特点22第二节 利用窗函数设计FIR低通滤波器24一、窗函数的基本思想24二、几种常用的窗函数24第二节 频率采样法设计FIR低通滤波器32一、频率采样设计法的基本原理32二、线性相位的约束32三、逼近误差及其改进措施32第三节 FIR数字滤波器的优化设计35第四节 本章小结36第五章 仿真结果及分析37第一节 MATLAB(窗函数法)设计FIR数字低通滤波器37第二节 MATLAB(频率采样法)设计FIR数字低通滤波器39第三节 Simulink仿
13、真FIR滤波器42第四节 本章小结44结 论45致 谢46参考文献47附 录48一、英文原文48二、英文翻译55三、仿真脚本62 前 言模拟滤波器与数字滤波器的设计对工程，应用数学及计算机科学都是非常重要的。对设计人员来说，滤波器是控制，信号处理和通信领域的重要组成部分。数字滤波器是数字信号处理中处理信号的一种基本方式，占有极其重要的地位。经过多年的研究，数字滤波器按单位脉冲响应h(n)的长度分类可分有限长脉冲响应(FIR)滤波器和无限长脉冲响应(IIR)滤波器。其中IIR滤波器的阶次较低，但是一般为非线性相位；若需线性相位，就要采用全通网络进行相位校正，因而会使得系统结构复杂，成本增加。而F
14、IR滤波器的阶次虽然较高，但无需反馈，且可以做成严格的线性相位，故在图像传输、信息处理等方面广泛应用。因为两者具有不同的特点，所以设计方法也不同。数字滤波器的设计，就是根据所提供的指标，找出一个既能满足指标又能实现的系统函数，然后以此函数实现滤波器要求。本文针对数字低通滤波器的设计共分为五章。第一章是对数字滤波器的背景以及研究意义和滤波器的发展趋势做一个大体的介绍。第二章主要是对IIR和FIR滤波器的结构做了大致的描述，介绍了滤波器的设计原理，并且比较了两者之间的差异。第三章介绍了IIR滤波器的两种设计方法脉冲响应不变法和双线性变换法，并对两者的优缺点进行了比较。第四章介绍了用窗函数法和频率采样法来设计FIR滤波器，两种方法分别从时域和频域为出发点来进行设计。第五章在前面讨论的基础上进行了滤波器性能仿真，在MATLAB平台下，给出一个由若干频率组成的信号并使之通过滤波器，通过观察滤波后信号的频谱来验证滤波器的性能。为了进一步阐述，在Simulink平台上也做了相关的验证，并对仿真结果进行了分析。 第一章 数字滤波
