基于MATLAB的数字滤波器设计课件.ppt

1、通信工程通信工程20092009级级基于基于MATLABMATLAB的数字滤波器设计的数字滤波器设计答辩人：牟果答辩人：牟果学号：学号：0907050224指导老师：郑勉指导老师：郑勉1 12 23 3主要工作主要工作进度计划进度计划目目 录录概概 述述一一 概述概述 1.1 课题研究背景课题研究背景 1.2 课题研究的目的与意义课题研究的目的与意义 1.3 课题研究的主要内容课题研究的主要内容1.1 1.1 课题研究背景课题研究背景 随着信息时代和数字化世界的到来，数字信号处理随着信息时代和数字化世界的到来，数字信号处理已成为当前极其重要的学科和技术领域，而在数字信号已成为当前极其重要的学科

2、和技术领域，而在数字信号处理中，起着重要作用并已得到广泛应用的是数字滤波处理中，起着重要作用并已得到广泛应用的是数字滤波器（器（Digital Filter，简称，简称DF），它是数字信号处理的基），它是数字信号处理的基础，可用于消除干扰和除去不需要的背景噪声等等。础，可用于消除干扰和除去不需要的背景噪声等等。MATLAB软件在许多研究领域中都有广泛的应用，软件在许多研究领域中都有广泛的应用，它的频谱分析和滤波器分析设计功能很强，可以大大简它的频谱分析和滤波器分析设计功能很强，可以大大简化计算量，使数字信号处理变得十分简捷，从而提高了化计算量，使数字信号处理变得十分简捷，从而提高了设计效率。设

3、计效率。1.2 1.2 课题研究目的与意义课题研究目的与意义 本毕业设计的主要目的是学习采用MATLAB仿真软件设计滤波器对信号的检测与解调进行研究和分析的方法。在设计过程中能综合运用所学的知识内容，学习并能应用MATLAB仿真软件对信号检测与解调进行仿真模拟，对数字滤波器的原理以及应用有较深的了解。另外在设计过程中，可以使我学会调查研究，收集处理资料，根据具体要求和设计规范选择并确定设计方案，利用标准图表和手册完成设计任务，培养综合运用已经掌握的知识解决一般设计问题的能力。进一步提高合理安排时间，设计计算、绘图、以及使用计算机的技能。同时对语音通信和图像处理行业的有关政策方针、技术规范有了一

4、定的了解，在计算绘图、设计说明等方面得到训练，为今后从事程序设计工作奠定了基础。1.3 1.3 课题研究的主要内容课题研究的主要内容在在MATLABMATLAB环境下无限脉冲响应（环境下无限脉冲响应（IIRIIR）数）数字滤波器的设计方法及实现方法。字滤波器的设计方法及实现方法。在在MATLABMATLAB环境下有限脉冲响应（环境下有限脉冲响应（FIRFIR）数）数字滤波器的设计方法及实现方法。字滤波器的设计方法及实现方法。二、主要工作二、主要工作数字滤波器原理与结构数字滤波器原理与结构2.1IIRIIR数字滤波器设计数字滤波器设计32.2FIRFIR数字滤波器设计数字滤波器设计42.32.1

5、 2.1 数字滤波器原理与结构数字滤波器原理与结构h(n)x(n)y(n)数字滤波器的原理是：输入输出均为离散的数字信号，借助数字滤波器的原理是：输入输出均为离散的数字信号，借助于一定的数值计算方法和数字器件对输入信号进行处理，改变于一定的数值计算方法和数字器件对输入信号进行处理，改变输入信号的频谱或波形，从而达到保留信号中的有用成分，去输入信号的频谱或波形，从而达到保留信号中的有用成分，去除冗余成分的目的。数字滤波器的结构如图除冗余成分的目的。数字滤波器的结构如图2-12-1所示。所示。图图2-12-1数字滤波器结构数字滤波器结构 其时域输入输出关系为：其时域输入输出关系为：两边同时作傅里叶

6、变换可得频域表达式：两边同时作傅里叶变换可得频域表达式：yxhnnnY(jw)=X(jw)H(jw)2.2 IIR2.2 IIR数字滤波器设计数字滤波器设计IIR数字滤波器的特点数字滤波器的特点设计设计IIR的的MATLAB函数函数 巴特沃斯型巴特沃斯型 切比雪夫型切比雪夫型 椭圆型椭圆型IIRIIR数字滤波器的特点数字滤波器的特点1、封闭函数IIR数字滤波器的系统函数可以写成封闭函数的形式。2、IIR数字滤波器采用递归型结构IIR数字滤波器采用递归型结构，即结构上带有反馈环路。IIR滤波器运算结构通常由延时、乘以系数和相加等基本运算组成，可以组合成直接型、正准型、级联型、并联型四种结构形式，

7、都具有反馈回路。3、借助成熟的模拟滤波器的成果IIR数字滤波器在设计上可以借助成熟的模拟滤波器的成果，如巴特沃斯、契比雪夫和椭圆滤波器等，有现成的设计数据或图表可查，其设计工作量比较小，对计算工具的要求不高。在设计一个IIR数字滤波器时，我们根据指标先写出模拟滤波器的公式，然后通过一定的变换，将模拟滤波器的公式转换成数字滤波器的公式。设计设计IIRIIR的的MATLABMATLAB函数函数巴特沃斯型数字滤波器巴特沃斯型数字滤波器N,Wn=buttord(Wp,Ws,Rp,Rs)b,a=butter(N,Wn)b,a=butter(n,Wn,ftype)切比雪夫型数字滤波器切比雪夫型数字滤波器N

8、,Wn=cheb1ord（Wp,Ws,Rp,Rs）N,Wn=cheb2ord(Wp,Ws,Rp,Rs)b,a=cheby1(N,Rp,Wn)b,a=cheby1(N,Rp,Wn,fytpe)b,a=cheby2(N,Rp,Wn)b,a=cheby2(N,Rp,Wn,fytpe)N,Wn=ellipord(Wp,Ws,Rp,Rs)b,a=ellip(n,Rp,Rs,Wn)b,a=ellip(n,Rp,Rs,Wn,fytpe)椭圆型数字滤波器椭圆型数字滤波器2.3 FIR2.3 FIR数字滤波器设计数字滤波器设计FIR数字滤波器的特点数字滤波器的特点窗函数简介窗函数简介 FIRFIR数字滤波器的特

9、点数字滤波器的特点 10NnnznhzH eHeHjgj1 1、稳定、稳定FIRFIR滤波器的系统函数滤波器的系统函数H(z)H(z)为：为：其中，其中，N N是是FIRFIR滤波器单位脉冲响应滤波器单位脉冲响应h(n)h(n)的长度。的长度。2 2、线性相位、线性相位FIRFIR滤波器的传输函数为：滤波器的传输函数为：其中，其中，Hg()称为幅度特性，称为幅度特性，()称为称为相位特性。相位特性。线性相位有两类：线性相位有两类：第一类线性相位满足第一类线性相位满足()=-（为常为常数），条件是数），条件是h(n)h(n)是实序列且对是实序列且对(N-1)/2偶偶对称，即对称，即h(n)=h(

10、N-n-1)；第二类线性相位满足第二类线性相位满足()=0-（00是起始相位），条件是是起始相位），条件是h(n)h(n)是实序列且是实序列且对对(N-1)/2(N-1)/2奇对称，即奇对称，即h(n)=-h(N-n-1)。H(z)H(z)是是z-1的的(N-1)(N-1)次多项式，因此它次多项式，因此它在在z z平面上有平面上有(N-1)(N-1)个零点，而原点个零点，而原点z=0z=0是它的是它的(N-1)(N-1)阶重极点，所以，阶重极点，所以，H(z)H(z)永远稳定。永远稳定。窗函数简介窗函数简介 主要介绍了矩形窗、三角形窗、汉宁窗、海明窗和布莱克曼主要介绍了矩形窗、三角形窗、汉宁窗

11、、海明窗和布莱克曼五种窗函数。各窗函数的基本参数如表五种窗函数。各窗函数的基本参数如表2-12-1所示。所示。表表2-1 2-1 各种窗函数的基本参数各种窗函数的基本参数 三三 进度计划进度计划序号设计（论文）各个阶段内容起止日期1查阅收集资料，并整理阅读，了解滤波器在信号检测和解调中的作用，熟悉MATLAB中滤波器的设计，并做好开题报告2013.04.01-2013.04.102毕业设计（论文）开题答辩2013.04.11-2013.04.123查阅资料，研究滤波器在信号检测与解调中的作用，了解信号源的组成2013.04.13-2013.04.214研究各种滤波器在MATLAB中的编写程序，同时在MATLAB下编写并观测它们的具体波形2013.04.22-2013.05.055在MATLAB编写实验的程序，并观测实验结果中的波形图。同时对各种滤波器进行比较，得出不同条件下的最佳滤波器2013.05.06-2013.05.196收集结果，论文撰写2013.05.20-2013.06.097准备毕业设计（论文）答辩，制作答辩幻灯片2013.06.10-2013.06.178毕业设计（论文）答辩（含争优答辩）2013.06.18-2013.04.21