毕业设计（论文）-基于matlab环境的数字滤波器设计

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1、0本科毕业设计（论文）引言引言随着信息时代和数字世界的到来，数字信号处理已成为今一门极其重要的学科和技术领域。数字滤波器是数字信号处理的基础，用来对信号进行过滤、检测与参数估计等处理，在通信、图像、语音、雷达等许多领域有着十分广泛的应用。尤其在图像处理、数据压缩等方面取得了令人瞩目的进展和成就[2]。所以，数字滤波器的设计就显的尤为重要。在与模拟滤波器相比，数字滤波器是利用离散时间系统的特性对输入信号波形或频率进行加工处理。或者说，把输入信号变成一定的输出信号，从而达到改变信号频谱的目的。它具有精度高、稳定、

2、体积小、重量轻、灵活、不要求阻抗匹配以及能实现模拟滤波器无法进行的特殊滤波等优点。目前数字滤波器的设计有很多现成的高级语言设计程序，但它们都存在设计效率低，不具有可视图形，不便于修改等缺点，而MATLAB的FDATOOL工具为数字滤波器的研究和应用提供了一个直观、高效、便捷的利器。它以矩阵运算为基础，把计算、可视化、仿真设计融合到一个交互式的工作环境中。MATLAB拥有多样的工具箱，它们为各领域带来了直观方便的应用。其中，信号处理、图像处理等工具箱为数字滤波研究的蓬勃发展提供了有力的工具。本文介绍了一种基于M

3、ATLAB环境下对数字滤波器进行设计与仿真的方法。在基于MATLAB环境的数字滤波器的设计过程中，MATLAB工具箱提供了几种模拟滤波器的原型产生函数；模拟低通滤波器原型向低通、高通、带通、带阻的转变函数；从模拟滤波器向数字滤波器转换的双线性变换和冲激响应不变法；数字滤波器直接设计函数等。这一套设计函数在MATLAB中对于滤波器的设计带来了极大的方便。在使用时，可以随时对比设计要求和滤波器特性调整参数，直观简便，极大的减轻了工作量，有利于滤波器设计的最优化。400本科毕业设计（论文）1数字滤波器及MATLAB

4、语言概述1数字滤波器及MATLAB语言概述1.1数字滤波器概述1.1.1滤波器的发展过程凡是有能力进行信号处理的装置都可以称为滤波器。在所有的电子部件中，使用最多，技术最复杂，滤波器的优劣直接决定产品的优劣，所以，对滤波器的研究和生产历来为各国所重视。1917年美国和德国科学家分别发明了LC滤波器，次年美国第一个多路复用系统出现。到20世纪50年代，无源滤波器EI日趋成熟。到60年代中期，形成了数字滤波器的完整而正规的理论。具体来说，人们提出了各种滤波器结构，有的以运算误差最小为特点，有的则以运算速度高见长，

5、而有的则二者兼而有之。70年代以后滤波器的主攻方向为低耗能、高精度、小体积、多工艺、稳定可靠并且价廉，这就导致数字滤波器、RC有源滤波器、开关电容滤波器和电荷转移滤波器等各种滤波器的飞速发展。到了80年代，人们开始致力于各种新型滤波器的研究，如对自适应滤波器的广发研究，所取得的成果在通信、雷达、语音、图像等领域获得了广泛应用。90年代至今仍致力于把各类滤波器应用在产品的开发和研制上。当然，对滤波器本身的研究仍在不断进行。我国广泛使用滤波器是在50年代以后，经过半个世纪的发展，我国在研制、生产和应用等方面已纳入

6、国际发展步伐，现有滤波器的种类和所覆盖的频率也基本上可以满足各种电信产品。1.1.2滤波器的原理滤波器，其作用是对输入信号起到滤波的作用。对于图1-1所示的LSI系统，其时域输入输出关系为：(1-1)x(n)y(n)h(n)图1-1400本科毕业设计（论文）1数字滤波器及MATLAB语言概述若y(n),x(n)的傅立叶变换存在，则输入输出的频域关系是：（1-2）当输入信号x(n)通过滤波器系统h(n)后，其输出y(n)中不再含有

7、ω

8、﹥ωc的频率成分，仅使

9、ω

10、﹤ωc的信号成分通过。因此，滤波器的形状不同，其

11、滤波后的信号结果也不一样。当滤波器的输入、输出都是离散时间信号，那么该滤波器的单位冲激响应h(n)也必然是离散的，这种滤波器称为数字滤波器（DF）。当用硬件实现一个DF时，所需元件是延迟器、乘法器和加法器；而利用MATLAB软件时，它仅需要线性卷积程序便可实现。而模拟滤波器（AF）只能用硬件实现。因此DF比AF容易实现，且更容易获得理想的滤波特性。数字滤波器具有以下优点：精度和稳定性高；系统函数容易改变；灵活性高；不存在阻抗匹配；便于大规模集成；可实现多维滤波。在滤波器中，把信号能够通过的频率范围，称为通频带

12、或通带；反之，信号受到很大衰减或完全被抑制的频率范围称为阻带；通带和阻带之间的分界频率称为截止频率；理想滤波器在通带内的电压增益为常数，在阻带内的电压增益为零；实际滤波器的通带和阻带之间存在一定频率范围的过渡带。1.2数字滤波器的定义及分类1.2.1数字滤波器的定义数字滤波器是指完成信号滤波处理功能的，用有限精度算法实现的离散时间线性非时变系统，信号通过线性系统后，其输出就是输入信号和系统冲激响应的