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1、郑州轻工业学院课程设计说明书题目基于MATLAB的FIR滤波器设计毕业设计（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
2、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
3、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 月郑州轻工业学院课程设计任务书题目 基于MATLAB勺FIR数字滤波器的设计专业、班级 电子信息工程10级1班 学号541001030136 姓名。主要内容、基本要求、主要参考资料等：主要内容：采用窗函数法，分别利用五种窗函数（矩形窗、汉明窗、汉宁窗、三角形窗、布 拉克曼窗），进行F
4、IR数字滤波器的设计。基本要求：根据给定的各类滤波器的技术指标，分别设计实现数字高通滤波器、数字带通滤 波器和数字带阻滤波器，并据此进行分析总结：1、在相同的技术指标要求下，用不同的窗函数实现有何异同。2、在相同的技术指标要求下，用 FIR和IIR数字滤波器实现有何异同。主要参考资料：1、 数字信号处理教程（第三版），程佩青著，清华大学出版社，2007。2、数字信号处理教程一一MATLAB?义与实现（第2版）陈怀琛著，电子工 业出版社，2008。完 成 期 限：2013.6.242013.6.28指导教师签名：课程负责人签名：基于MATLAB的FIR滤波器设计目录摘要.1概述1.1.1课题背景
5、及意义1.1.2数字滤波器概述1.1.2.1数字滤波器简介 1.1.2.2数字滤波器分类 2.1.2.3 FIR滤波器概述 2.2 FIR数字滤波器设计方法研究42.1 FIR滤波器的设计原理 4.2.2几种常见的窗函数5.2.2.1矩形窗5.2.2.2汉宁窗6.2.2.3海明窗.6.2.2.4三角形窗函数6.2.2.5布拉克曼窗7.2.3五种窗函数基本参数比较82.4窗函数设计FIR过程9.3 FIR滤波器设计103.1要用到的两个主要 MATLAB函数 .03.1.1 fir1 函数介绍 .103.1.2 freqz 函数介绍 103.2高通FIR滤波器设计 .103.2.1基于矩形窗高通
6、FIR滤波器113.2.2基于海明窗高通FIR滤波器 .12323基于汉宁窗高通FIR滤波器13324基于三角形窗高通FIR滤波器143.2.5基于布拉克曼窗高通FIR滤波器1 63.3带通FIR滤波器设计.173.3.1基于矩形窗带通FIR滤波器173.3.2基于海明窗带通FIR滤波器183.3.3基于汉宁窗带通FIR滤波器203.3.4基于三角形窗带通FIR滤波器213.3.5基于布拉克曼窗带通 FIR滤波器223.4带阻FIR滤波器设计233.4.1基于矩形窗带阻FIR滤波器243.4.2基于海明窗带阻FIR滤波器253.4.3基于汉宁窗带阻FIR滤波器263.4.4基于三角形窗带阻FI
7、R滤波器273.4.5基于布拉克曼窗带阻FIR滤波器294结论3.1.5总结32.致谢33.参考文献34.基于MATLAB的FIR滤波器设计基于MATLAB的FIR数字滤波器设计摘要滤波器的设计是信号处理的核心问题之一。本设计根据FIR滤波器的原理，简要 介绍了利用各种窗函数设计 FIR数字滤波器的方法，并且分析了不同窗函数形式对滤 波器性能的影响。采用 Matlab软件对FIR数字滤波器进行仿真设计，简化了设计中 繁琐的计算。本文采用窗函数法通过调用 Matlab函数设计FIR数字滤波器。分析表 明所用的矩形窗，海明窗，汉宁窗，三角窗，布拉克曼窗，五种窗函数中布拉克曼窗 性能最好。最后运用
8、matlab进行了仿真。关键词：matlab 数字信号处理FIR滤波器I基于matlab的FIR滤波器设计1概述1.1课题背景及意义随着数字化时代的到来，数字信号处理已经成为当今一门极其重要的技术，并且在通信、语音、图像、自动控制等众多领域得到了广泛的应用。而滤波器在实际的 信号处理中起到了重要的作用，它是去除信号中噪声的基本手段，因此在数字信号的 处理中滤波是一个基本问题。FIR滤波器是数字信号处理系统中最基本的元件，它可 以在保证任意幅频特性的同时具有严格的线性相频特性，同时其单位抽样响应是有限 的，其在通信、图像处理、模式识别等领域都有着广泛的应用。几乎在所有的工程技术领域中都会涉及到信
9、号的处理问题，其信号表现形式有电、磁、机械以及热、光、声等。信号处理的目的一般是对信号进行分析、变换、综 合、估值与识别等。如何在较强的噪声背景下提取出真正的信号或信号的特征，并将其应用于工程实际是信号处理的首要任务。 数字信号处理中一个非常重要且应用普遍 的技术就是数字滤波。数字滤波器有 FIR数字滤波器和IIR数字滤波器，IIR数字滤 波器的设计方法是利用模拟滤波器成熟的理论及设计图表进行设计的，因而保留了一些典型模拟滤波器优良的幅度特性，但设计中只考虑了幅度特性，没考虑相位特性， 所设计的滤波器一般是某种确定的非线性相位特性。为了得到线性相位特性，对IIR滤波器必须另外加相位校正网络，
10、使滤波器设计变得复杂，成本也高，又难以得到严 格的线性相位特性。而FIR滤波器在保证幅度特性满足技术要求的同时，很容易做到有严格的线性相位特性，同时为了使FIR数字滤波器的设计更优化，因而研究FIR数字滤波器的优化设计具有重要的理论意义。MATLAB是种面向科学和工程计算的语言,它集数值分析、矩阵运算、信号处 理和图形显示于一体，功能强大、使用方便。相比传统的数字滤波器的设计过程复杂， 计算工作量大，滤波特性调整困难，利用matlab信号处理工具箱(signal processing toolbox )可以快速有效的设计由软件组成的常规数字滤波器的设计方法，可以随时 对比设计要求和滤波器特性调
11、整参数，直观简便，极大的减轻了工作量。1.2数字滤波器概述1.2.1数字滤波器简介数字滤波在DSP中占有重要地位。数字滤波器按实现的网络结构或者从单位脉冲 响应，分为IIR （无限脉冲响应）和FIR （有限脉冲响应）滤波器。如果IRR滤波器 和FIR滤波器具有相同的性能，那么通常IIR滤波器可以用较低的阶数获得高的选择 性，执行速度更快，所有的存储单元更少，所以既经济又高效。数字滤波器精确度高，使用灵活，可靠性高，具有模拟设备没有的许多优点，已 广泛地应用与各个科学技术领域，例如数字电视，语音，通信、雷达、声纳、遥感、 图像、生物医学以及许多工程应用领域。随着信息时代数字时代的到来，数字滤波技
12、 术已经成为一门及其重要的科学和技术领域。以往的滤波器大多采用模拟电路技术， 但是模拟电路技术存在很多难以解决的问题，而采用数字则避免很多类似的难题，当然数字滤波器在其他方面也有很多突出的优点都是模拟技术所不能及的，所以采用数字滤波器对信号进行处理是目前的发展方向。数字滤波在通信。图像编码，语音编码，雷达等许多领域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。122数字滤波器分类按功能分：低通、高通、带通、带阻、全通滤波器。按实现的网络结构或单位抽 样响应分：无限脉冲响应滤波器（IIR滤波器）、有限脉冲响应滤波器（F
13、IR滤波器）， 其中FIR数字滤波器网络不存在反馈支路，其单位冲激响应为有限长。IIR数字滤波 器网络存在反馈支路，即信号流图中存在环路，其单位冲激响应为无限长。另外，按线性系统它可以被分为线性与非线性，按因果性分因果与非因果等。其中，线性时不变的数字滤波器是最基本的类型； 而由于数字系统可以对延时器 加以利用，因此可以引入一定程度的非因果性， 获得比传统的因果滤波器更灵活强大 的特性；相对于IIR滤波器，FIR滤波器有着易于实现和系统绝对稳定的优势，因此 得到广泛的应用。1.2.3 FIR滤波器概述根据冲激响应的时域特性，数字滤波器可分为无限长冲激响应滤波器 （IIR）和 有限长冲激响应滤波
14、器（FIR）。相比于IIR滤波器，FIR的突出优点是：（1）具有精确的线性相位（2）总是稳定的（3）硬件容易实现(4) 滤波器的过渡过程具有有限区间但其在满足同样阻带衰减的情况下需要的阶数较高。滤波器的阶数越高，占用的运算时间越多，因此在满足指标要求的情况下应尽量减少滤波器的阶数。FIR滤波器的基本结构可以理解为一个分节的延时线，把每一节的输出加权累加,可得到滤波器的输出。FIR滤波器的冲激响应h (n)是有限长的,数学上M阶FIR 滤波器可以表示为：N Jy(n)h(i)x( n-i)j=0(1-1)其系统函数为：(1-2)IIl n由于FIR滤波器的单位冲激响应 和是一个有限长序列，系统函
15、数是？ |1的I次多项式，它在Z平面有个零点，同时在原点有I阶重极点。因此，甘6)永远稳定。#2 FIR数字滤波器设计方法研究2.1 FIR滤波器的设计原理FIR滤波器的系统输入输出差分方程为：N-1(2-1)yn=二：h(k)x(n -k)k=0所以FIR滤波器的系统函数为：(2-2)由于FIR滤波器的单位脉冲响应1/是一个有限长序列,次多项式，它在Z平面上有个零点，同时在原点有阶重极点。因此，別紂)永远稳定FIR滤波器设计的任务是选择有限长度的I丿，使传输函数更满足一定的幅度特 性和线性相位要求。由于 FIR滤波器很容易实现严格的线性相位，所以 FIR数字滤 波器设计的核心思想是求出有限的脉冲响应来逼近给定的频率响应。FIR滤波器目前常用的设计方法有
