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1、第26卷第2期延安大学学报(自然科学版)Vol126No122007年6月JournalofYananUniversity(NaturalScienceEdition)June12007基于MATLAB的数字滤波器设计及仿真应用12宋永东,张春明(11延安大学物理电子学信息学院,陕西延安716000;21延长油田股份公司子北采油同厂,陕西子长717300)摘要:介绍了数字滤波器的设计方法,以及调用MATLAB信号处理箱中的函数和Simulink工具箱进行数字信号滤波的仿真实例。给出了使用MATLAB语言进行程序
2、设计和利用仿真工具箱对所要求的数字信号滤波的详细步骤。关键词:MATLAB;数字滤波器;Simulink+中图分类号:TN71317文献标识码:A文章编号:10042602X(2007)0220033204数字信号的滤波是通过数字滤波器来实现的。算法结构,并且易于获得较理想的滤波性能。所以数字滤波器是一种用来过滤时间离散信号的数字系软件滤波在滤波器的使用中起到了越来越重要的作统,它是通过对抽样数据进行数学处理来达到频域用。[1]滤波的目的。在信号处理系统中,数字滤波器的通常设计FIR滤波器可以采用窗函数法、频率
3、应用非常重要而且相当广泛。在心电图信号分析采样法和等波纹最佳一致逼近法等三种方法。等波中,可以通过低通滤波器滤掉工业高频干扰,突出低纹逼近法与其他两种设计方法相比,其优点是:在设频部分进行分析;在语音信号分析中,可以建立实时计指标相同的条件下,使滤波器阶数最低;或阶数相信号采集分析模型,通过加窗滤波后得出语音信号同时,使通带最平坦,阻带最小衰减最大;通带和阻的频谱。利用MATLAB信号处理工具箱(Signal带均为等波纹形式,最适合设计片断常数特性的滤ProcessingToolbox)可以快速有效地实现数字滤
4、波[2]波器。器的设计与仿真。等波纹最佳一致逼近准则是根据设计要求,导1用等波纹最佳逼近法进行数字滤波出一组条件,使整个逼近频率区域(通带或阻带)上器的设计逼近误差绝对值的最大值为最小。按这种准则设计有限冲激响应(FIR)滤波器的基本结构是一个的滤波器,其通带和阻带内呈现出等波纹幅度特性,分节的延时线,把每一节的输出加权累加,得到滤波因此称之为等波纹最佳逼近,也称为Chebyshev(切器的输出。数学上表示为:[3]比雪夫)逼近。n-1假设在理想滤波器和实际响应之间的差可以看y(n)=∑h(n)x(n-m)(1
5、)m=0作为一个误差函数:根据上式,可以看出FIR数字滤波器涉及到大E(ω)=W(ω)[Hd(ω)-H(ω)](2)量的卷积运算,使用常规硬件设计的基本部件包括其中Hd(ω)为理想的或期望的函数,W(ω)是延迟器、乘法器和加法器,实现时会占用大量的资误差加权函数,它是为在通带或阻带要求不同逼近源。用软件来实现时,它只是一段线性卷积程序。精度而设计的,一般的,在要求逼近精度高的频带,软件实现的优点是:系统函数具有可变性,仅信赖于收稿日期:2007-03-10作者简介:宋永东(1957-),男,陕西户县人,延安大学
6、副教授。©1994-2007ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net34延安大学学报(自然科学版)第26卷W(ω)取值大;在要求逼近精度低的频带,W(ω)取心脏功能的有用信息,下面给出一实际心电图信号值小。W(ω)的值是已知的。采样序列样本x(n),其中存在高频干扰,以x(n)作把线性相位FIR滤波器的4种类型的幅度特性为输入序列,滤出其中的干扰成分。统一表示形式为:H(ω)=P(ω)(
7、ω)(3)其中P(ω)是cos(ωn)的线性组合,Q(ω)是不同的常数。4种线性相位FIR滤波器的P(ω)和Q(ω)如表1示:表1线性相位FIR滤波器P(ω)和P(ω)线性相位Q(ω)LP(ω)FIR滤波器图1低通滤波器Mn-1{x(n)}={-4,-2,0,-4,-6,-4,-2,-4,-类型11-1∑a(n)cos(ωn)2m=06,-6,-4,-4,-6,-6,-2,6,12,8,0,-16,-ωML38,-60,-84,-90,-66,-32,-4,-2,-4,8,类型2cos-1∑b„(n)cos(ω
8、n)22n=012,12,10,6,6,4,0,0,0,0,0,-2,-2,0,0,-2,-M-3L类型3sinω∑„c(n)cos(ωn)2,-2,-2,0}。在本例中,可以用双线性变换法设2n=0计一个巴特沃斯低通IIR数字滤波器来实现。设计ωML类型4cos-1∑‰d(n)cos(ωn)22n=0步骤如下:(1)确定数字低通滤波器的技术指标。通过加窗后的滤波器误差为设计指标参数为
