《数字信号处理教程》课程设计-基于MATLAB的数字滤波器设计

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1、《数字信号处理教程》基于MATLAB的数字滤波器设计学院：专业：姓名：学号：指导教师：完成时间：目录第一章滤波器11.1滤波器的概念11.2滤波器的原理11.3滤波器的分类1第二章数字滤波器32.1数字滤波器的基本结构32.2数字滤波器的设计原理32.3IIR数字滤波器的设计方法42.4FIR数字滤波器的设计方法42.5IIR滤波器与FIR滤波器的分析比较5第三章IIR数字滤波器的设计73.1低通滤波器MATLAB实现程序与说明73.2高通滤波器MATLAB实现程序与说明83.3带通滤波器MATLAB实现程序与说明83.4双线性变换法

2、设计IIR滤波器9第四章FIR数字滤波器的设计114.1窗函数法设计FIR低通滤波器114.2窗函数法设计FIR高通滤波器114.3窗函数法设计FIR带通滤波器124.4频率抽样法设计FIR低通滤波器13第五章收获与体会14参考文献15《数字信号处理教程》大作业数字滤波器的设计第一章滤波器1.1滤波器的概念滤波器是一种用来消除干扰的器件，将输入或输出经过过滤而得到纯净的交流电。可以通过基本的滤波器积木块--二阶通用滤波器传递函数，推导出最通用的滤波器类型：低通、带通、高通、带阻和椭圆型滤波器。传递函数的参数——f0、d、hHP、hBP

3、和hLP，可用来构造所有类型的滤波器。转降频率f0为s项开始占支配作用时的频率。设计者将低于此值的频率看作是低频，而将高于此值的频率看作是高频，并将在此值附近的频率看作是带内频率。阻尼d用于测量滤波器如何从低频率转变至高频率，它是滤波器趋向振荡的一个指标。实际阻尼值从0至2变化。高通系数hHP是对那些高于转降频率的频率起支配作用的分子的系数。带通系数hBP是对那些在转降频率附近的频率起支配作用的分子的系数。低通系数hLP是对那些低于转降频率的频率起支配作用的分子的系数。设计者只需这5个参数即可定义一个滤波器。1.2滤波器的原理凡是可以

4、使信号中特定的频率成分通过，而极大地衰减或抑制其他频率成分的装置或系统都称之为滤波器，相当于频率“筛子”。滤波器的功能就是允许某一部分频率的信号顺利的通过，而另外一部分频率的信号则受到较大的抑制，它实质上是一个选频电路。滤波器中，把信号能够通过的频率范围，称为通频带或通带；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。1.3滤波器的分类从大的方面分，滤波器分为模拟滤波器和数字滤波

5、器。模拟滤波器有电阻，电容，电感，及由原器件构成；实际中数字滤波器应用的比较广泛。从实现方法上分，数字滤波器分为IIR和FIR，即无限冲激响应滤波器和有限冲激响应滤波器；其中IIR网络中有反馈回路，FIR网络中没有反馈回路。从小的方面分：A．按所处理的信号分为模拟滤波器和数字滤波器两种。B．按所通过信号的频段分为低通、高通、带通和带阻滤波器四种。低通滤波器：它允许信号中的低频或直流分量通过，抑制高频分量或干扰和噪声。15《数字信号处理教程》大作业高通滤波器：它允许信号中的高频分量通过，抑制低频或直流分量。带通滤波器：它允许一定频段的信

6、号通过，抑制低于或高于该频段的信号、干扰和噪声。带阻滤波器：它抑制一定频段内的信号，允许该频段以外的信号通过。C．按所采用的元器件分为无源和有源滤波器两种。15《数字信号处理教程》大作业第二章数字滤波器2.1数字滤波器的基本结构作为线形时不变系统的数字滤波器可以用系统函数来表示，而实现一个系统函数表达式所表示的系统可以用两种方法：一种方法是采用计算机软件实现；另一种方法是用加法器、乘法器、和延迟器等元件设计出专用的数字硬件系统，即硬件实现。不论软件实现还是硬件实现，在滤波器设计过程中，由同一系统函数可以构成很多不同的运算结构。对于无限

7、精度的系数和变量，不同结构可能是等效的，与其输入和输出特性无关；但是在系数和变量精度是有限的情况下，不同运算结构的性能就有很大的差异。（1）无限长单位冲击响应（IIR）滤波器无限长单位冲击响应（IIR）滤波器有以下几个特点：a.系统的单位冲击响应h（n）是无限长的；b.系统函数H（z）在有限z平面上有极点存在；c.结构上存在着输出到输入的反馈，结构是递归型的。（2）有限长单位冲击响应（IIR）滤波器有限长单位冲击响应（IIR）滤波器有以下几个特点：a.系统的单位冲击响应h（n）在有限个n值处不为0；b.系统函数H（z）在

8、z

9、>0处收

10、敛，在

11、z

12、>0处只要零点；c.结构上不存在着输出到输入的反馈，结构是非递归型的。2.2数字滤波器的设计原理数字滤波器根据其冲激响应函数的时域特性，可分为两种，即无限长冲激响应(IIR)滤波器和有限长冲激响应(FIR)滤