数字信号处理数字滤波器设计与在心电信号滤波中的应用.doc

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1、课程设计报告课程名称数字信号处理课程设计课题名称数字滤波器设计及在心电信号滤波中的应用专业通信工程目录1、课程设计的目的12、课程设计的原理12.1用窗函数法设计FIR滤波器12.2用巴特沃斯法设计IIR低通滤波器13、课程设计设计步骤及结果分析13.1心电信号采集13.2源数据的导入23.3绘出源心电信号的时域波形图和频谱图并进行分析23.4含噪心电信号合成33.5时域波形差53.6数字滤波器设计及滤波63.7心电信号时域波形及频谱的观察和分析124、心得体会185、附件：（源代码）186、评分表221课程设计的目的通过对常用数字滤波器的设计和实现，掌握数字信号处理的工作原理及

2、设计方法；熟悉设计数字滤波器的方法，掌握利用数字滤波器对信号进行滤波的方法，掌握数字滤波器的计算机仿真，并能够对设计结果加以分析。2课程设计的原理2.1、用窗函数法设计FIR滤波器根据过渡宽带及阻带衰减要求，选择窗函数的类型并估计窗口长度N，窗函数类型可根据最小阻带衰减As独立选择，因为窗口长度N对最小阻带衰减As没有影响，在确定窗函数类型以后，可根据过渡宽带小于给定指标确定所拟用的窗函数的窗口长度N，设待求滤波器的过渡宽带，它与窗口长度N近似成反比，窗函数类型确定后，其计算公式也确定了，不过这些公式是近似的，得出的窗口长度还要在计算中逐步修正，原则上在保证阻带衰减满足要求的情况

3、下，尽量选择较小的N，在N和窗函数类型确定后，即可调用MATLAB中的窗函数求出窗函数。2.2、用巴特沃斯法设计IIR低通滤波器巴特沃斯低通滤波器的幅度平方函数中，N为滤波器的阶数。在Ω=Ωc附近，随着Ω加大，幅度迅速下降。幅度下降的速度与阶数N有关，N越大，通带愈平坦，过渡带愈窄，过渡带与阻带幅度下降的速度愈快，总的频响特性与理想低通滤波器的误差愈小。3课程设计设计步骤及结果分析3.1、心电信号采集心电信号作为心脏电活动在人体体表的表现，信号一般比较微弱，幅度在10μV~5mV，频率为0.05~100Hz。在心电信号的采集、放大、检测及记录过程中，有来自外界的各种干扰。记录一段

4、时间的人体心电信号波形，要求长度不小于10秒，并对记录的信号进行数字化，保存为数据文件；这里，请同学们使用美国的MIT/BIH心电原始数据，由实验老师给出一定长度的的心电原始数据，数据保存在文件“a01.txt～a10.txt”中，在MATLAB过如下语句读取：%从当前路径下的a01.txt文件读取心电原始数据到变量a01中，a01为二维数据，第一列%为心电信号时间，第二列为心电信号幅度。3.2、源数据的导入a=load('F:/心电信号数据/a16.txt');%选第十六组数据3.3、绘出源心电信号的时域波形图和频谱图并进行分析%时域波形图以及频谱图a=load('F:/心电信

5、号数据/a16.txt');t=a(:,1);b=a(:,2);figure(1);subplot(211);plot(t,b);title('心电信号的时域波形');xlabel('时间t/s');ylabel('幅值/A');n=1000;m=abs(fft(b,n));fs=100;f=fs/n*(0:n-1);subplot(212);plot(f,m);title('心电信号的频谱图');xlabel('频率f/Hz');ylabel('幅值/db');3.4、含噪心电信号合成1、加入单频正弦干扰y=0.2*sin(2*40*pi*t);y1=y+b;figure(2)

6、;subplot(211);plot(t,y1);title('加单频噪声时域波形');xlabel('时间t/s');ylabel('幅值/A');k=abs(fft(y1,n));subplot(212);plot(f,k);title('加单频噪声频谱图');xlabel('频率/Hz');ylabel('幅值')选择添加单频正弦信号。通过转置后添加到原始信号b上，添加后的信号用y1表示。对于变量、函数的操作是矩阵操作，两个信号相加必须长度一致。2、继续加入白噪声y2=awgn(y1,5);figure(3);subplot(211);plot(t,y2);title('加

7、单频,白噪声时域波形');xlabel('时间t/s');ylabel('幅值/A');h=abs(fft(y2,n));subplot(212);plot(f,h);title('加单频,白噪声频谱图');xlabel('频率/Hz');ylabel('幅值');通过调用函数y2=awgn(y1,5)对已经加了单频噪声的信号进行加噪，加噪后的信号用y2保存。对y2信号的分析，如图所示分别给出了它的时域波形图和频谱图，通过对比，时域波形变化不大，但频谱图有了大幅度的变化。3.5、