基于Matlab数字带通滤波设计
基于MATLAB的IIR数字带通滤波器设计
数字滤波器(Digital Filter)在数字信号处理（DSP, Digital Signal Processing）中具有非常重要的作用。在许多应用中，例如数据压缩、生物医学信号处理、语音处理、数据传输、数字音频、电话回音对消等等，数字滤波器和模拟滤波器相比因为具有如下一个或多个优势而被优先采用。
(2)有限字长效应：数字滤波器受量化一个连续信号而引起的ADV噪声的影响，以及在计算过程中发生的舍入噪声的影响。递归滤波器的阶数越高，舍入噪声的累计就越大，可能会引起滤波器的不稳定。
(3)设计和开发期限长：数字滤波器设计和开发期限，特别是硬件的开发可能比模拟滤波器要长得多。不过，一旦硬件和/或软件开发出来，不需要或者稍加变动就可以将其用在别的滤波任务或者DSP任务中。好的计算机辅助设计（CAD）支持软件使得设计滤波器成为一项令人愉快的任务，但是如何充分而有效地利用这些辅助工具就需要专门的技术了。
基于MATLAB的IIR数字带通滤波器设计
1 绪论
凡ห้องสมุดไป่ตู้有能力进行信号处理的装置都可以称为滤波器。在近代电信设备和各类控制系统中，滤波器应用极为广泛；在所有的电子部件中，使用最多，技术最为复杂的要算滤波器了。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，次年导致了美国第一个多路复用系统的出现。20世纪50年代无源滤波器日趋成熟。自60年代起由于计算机技术、集成工艺和材料工业的发展，滤波器发展上了一个新台阶，并且朝着低功耗、高精度、小体积、多功能、稳定可靠和价廉方向努力，其中小体积、多功能、高精度、稳定可靠成为70年代以后的主攻方向。导致RC有源滤波器、数字滤波器、开关电容滤波器和电荷转移器等各种滤波器的飞速发展，到70年代后期，上述几种滤波器的单片集成已被研制出来并得到应用。80年代，致力于各类新型滤波器的研究，努力提高性能并逐渐扩大应用范围。90年代至现在主要致力于把各类滤波器应用于各类产品的开发和研制。当然，对滤波器本身的研究仍在不断进行。
利用MATLAB仿真软件系统结合窗函数法设计一个数字带通FIR滤波器
目录目录 (1)摘要 (I)Abstract (II)1 原理说明 (1)1.1 数字滤波技术 (1)1.2 FIR滤波器 (2)1.3 窗函数 (2)2 滤波器设计 (4)2.1 滤波器设计要求 (4)2.2 设计函数的选取 (4)2.3 窗函数构造 (5)2.4 设计步骤 (8)2.5 设计方法 (8)3 滤波器测试 (15)3.1 滤波器滤波性能测试 (15)3.2 滤波器时延测量 (16)3.3 滤波器稳定性测量 (17)4 心得体会 (19)5 参考文献 (20)附件一： (21)附件二： (23)摘要Abstract1 原理说明随着信息时代的到来，数字信号处理已经成为一门极其重要的学科和技术，并且在通信、语音、图像、自动控制等众多领域得到了广泛的应用。
在数字信号处理中，数字滤波器占有极其重要的地位，它具有精度高、可靠性好、灵活性大等特点。
现代数字滤波器可以用软件或硬件两种方式来实现。
软件方式实现的优点是可以通过滤波器参数的改变去调整滤波器的性能。
MATLAB是一种面向科学和工程计算的语言，它集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体，具有编程效率高、调试手段丰富、扩充能力强等特点。
MATLAB的信号处理工具箱具有强大的函数功能，它不仅可以用来设计数字滤波器，还可以使设计达到最优化，是数字滤波器设计的强有力工具。
1.1 数字滤波技术数字滤波，就是通过一定的计算或判断程序减少干扰在有用信号中的比重，故实质上是一种程序滤波。
与此对应的就是模拟滤波，由于模拟滤波牵扯到的其他知识太多在此不详细介绍了，模拟滤波主要无源绿波（直接用电阻、电容、电感等不外接电源的元件组成的）与有源滤波（如运算放大器等需要外接电源组成的），其目的是将信号中的噪音和干扰滤去或者将希望得到的频率信号滤出为我所用。
数字滤波的出现克服了模拟滤波的很多不足，具有以下优点：A．是用程序实现的，不需要增加硬设备，所以可靠性高，稳定性好。
基于MATLAB的数字滤波器设计设计
基于MATLAB的数字滤波器的设计摘要本文分别研究了在MATLAB环境下IIR数字滤波器和FIR数字滤波器的设计方法及实现方法，并进行图形用户界面设计，以显示本文所介绍滤波器的特性。
在无限脉冲响应（IIR）数字滤波器设计中，先进行模拟滤波器的设计，然后进行模拟-数字滤波器转换，即采用脉冲响应不变法及双线性Z变化法设计数字滤波器，最后进行滤波器的频带转换。
在有限脉冲响应（FIR）数字滤波器设计中，讨论了FIR线性相位滤波器的特点和用窗函数法设计FIR滤波器两个问题。
两类滤波器整个设计过程都是按照理论分析、编程设计、具体实现的步骤进行的。
为方便分析者直观，形象，方便的分析滤波器的特性，创新的设计出了图形用户界面——滤波器分析系统。
整个系统分为两个界面，其内容主要包含四部分：System(系统)、Analysis(分析)、Tool(工具)、Help(帮助)。
关键词：数字滤波器、MATLAB、无限脉冲响应、有限脉冲响应、图形用户界面Matlab-based digital filter designAbstractIn this thesis, designs of the Infinite Impulse Response digital filter (IIR) and Finite Impulse Response digital filter (FIR) under MATLAB are studied. And the Graphical User Interfaces (GUI) to analysis the characteristics of filter is designed.The design of IIR filters can be achieved through three steps: firstly, the design of analog low-pass filter; secondly, it is analog-to-digital filter conversion; lastly, it is the conversion of filter frequency band. In design of FIR filters, two questions are discussed: the characteristics of FIR linear phase filter and reasoning of related formulas; the other is about the design of the FIR filters by means of window functions. The design of FIR and IIR follows the procedures of theoretical analysis, programming design and realization.We design the Graphical User Interfaces (GUI) of the digital filter analysis system makes sure of people can analysis the characteristics of the design directly and easily. The whole system divide into two graphical interfaces, it contains four parts: System, Analysis, Tool and Help.Keywords: Digital Filter, MATLAB, IIR, FIR, Graphical User Interfaces目录引言 (1)第1章绪论 (2)1.1 数字滤波技术 (2)1.1.1 滤波器原理 (3)1.1.2 数字滤波器设计方法概述 (3)1.2 MATLAB软件简介 (4)第2章 IIR滤波器概况及其MATLAB实现 (6)2.1 模拟滤波器及其MATLAB实现 (6)2.1.1 巴特沃斯低通滤波器 (6)2.1.2 切比雪夫低通滤波器 (7)2.1.3 椭圆低通滤波器 (8)2.2 模拟—数字滤波器变换及其MATLAB实现 (8)2.2.1 脉冲响应不变法 (9)2.2.2 双线性Z变换法 (10)2.3小结 (11)第3章 FIR滤波器设计及其MATLAB实现 (12)3.1 线性相位FIR数字滤波器的条件和特点 (12)3.1.1 线性相位条件 (12)3.1.2 线性相位FIR滤波器幅度特性的特点 (13)3.1.3 线性相位FIR滤波器零点分布特点 (13)3.2 常用窗函数及其MATLAB实现 (13)3.2.1 常用窗函数介绍 (13)3.2.2 各种窗函数的实现与比较 (15)3.3 基于窗函数的FIR数字滤波器设计及其MATLAB实现 (16)3.3.1 海明窗设计数字低通滤波器 (17)3.3.2 汉宁窗设计数字高通滤波器 (19)3.3.3 布拉克曼窗及三角窗设计数字带通滤波器 (21)3.4 小结 (24)第4章图形用户界面设计--滤波器分析系统 (25)4.1 MATLAB中GUI设计技术特点 (25)4.1.1 GUIDE简介 (25)4.1.2 GUI设计规范及设计步骤 (25)4.2 滤波器分析系统及其MATLAB实现 (26)4.2.1 滤波器分析系统的初始界面 (27)4.2.2 滤波器分析系统的主界面 (28)4.3 小结 (34)总结与展望 (35)致谢 (36)参考文献 (37)附录 (39)附录A 外文文献及译文 (39)附录B 主要参考文献 (44)插图清单图 1-1 LIS系统 (3)图 2-1 理想切比雪夫I型滤波器的幅频特性 (7)图 2-2 理想切比雪夫I型滤波器的幅频特性 (8)图 2-3 双性线Z变换法的映射关系 (10)图 3-1 常用窗函数时域幅度曲线比较 (15)图 3-2 常用窗函数频域幅度曲线比较 (10)图 3-3 FIR数字低通滤波器脉冲响应与幅度响应 (16)图 3-4 FIR数字低通滤波器脉冲响应与幅度响应 (19)图 3-5 FIR数字带通滤波器脉冲响应与幅度响应 (20)图 3-6 FIR数字带阻滤波器脉冲响应与幅度响应 (22)图4-1 设计步骤 (24)图4-2属性编辑控制器 (26)图4-3 按下按键CLOSE后出现的问题显示对话框 (27)图4-4滤波器分析系统的主界面的下拉式菜单 (28)图4-5菜单编辑器 (29)图 4-6 IIR模拟带通滤波器参数输入选择 (29)图 4-7切比雪夫I型带阻模拟滤波器（阶次N=2,9） (30)图 4-8 IIR数字滤波器Analyze (32)图 4-9 FIR数字滤波器Analyze (33)图 4-10 错误信息显示对话框 (33)图 4-11信息显示对话框 (34)表格清单表 3-1 各种窗函数的性能比较 (16)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当今一门极其重要的学科和技术领域。
基于MATLAB的IIR数字带通滤波器设计
基于MA TLAB的IIR数字带通滤波器设计摘要窗函数法在IIR 数字滤波器的设计中有着广泛的应用, 但这不是最优化的设计。
介绍了一种基于等波纹切比雪夫逼近准则的IIR 数字滤波器的最优化设计方法,通过MA TLAB 的仿真实现, 证明了该方法是一种最优化的设计。
传统的数字滤波器设计方法繁琐且结果不直观,本文利用MA TLAB具有强大的科学计算和图形显示这一优点,与窗函数法设计理论相结合共同设计IIR数字滤波器,不但使设计结果更加直观,而且提高了滤波器的设计精度,从而更好地达到预期效果。
关键词：IIR数字滤波器;窗函数，等波纹切比雪夫逼近，MA TLAB 仿真ABSTRACTWindow function method in the design of IIR digital filter has a wide range of applications, but this is not the most optimal design. Such as corrugated paper, a Chebyshev approximation for IIR digital filter criteria for the optimization design method to achieve through the MA TLAB simulation proved that the method is one of the most optimized design. Conventional digital filter design method is cumbersome and results are not intuitive, this paper, MA TLAB has a powerful scientific computing and graphics display the advantages, with the window function method combines design theory to design IIR digital filter design results not only more intuitive, but also improve the accuracy of the filter design to better achieve the desired results.KEY WORDS: IIR digital filters，window function，such as ripple Chebyshev approximation，MA TLAB simulation目录引言.............................................第页第1 章数字滤波器................................第页第2 章IIR数字滤波器设计方法......................第页2.1用脉冲相应不变法设计IIR数字滤波器..........第页2.2 脉冲响应不变法优缺点........................第页2.3用双线性变换法设计IIR数字滤波器............第页2.4双线性变换法优缺点..........................第页第3章IIR数字带通滤波器设计过程...................第页3.1设计步骤.....................................第页3.2程序流程框图.................................第页3.3 MA TLAB程序..................................第页第四章结果及分析.................................第页第五章总结.......................................第页参考文献..........................................第页致谢..............................................第页附录..............................................第页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当今一门极其重要的学科和技术领域。
基于MATLAB的FIR带通数字滤波器设计毕业设计(论文)
目录摘要ABSTRACT (4)第1章绪论 (6)1.1 课题背景... (6)1.2 课题研究的目的和意义...... (7)1.3 MATLAB概述 (8)1.4 国内外研究现状和发展趋势...... (9)1.5 论文的主要研究内容...... (10)1.6 预期达到的目标...... (11)第2章滤波器的特性2.1数字滤波器的定义、分类及特点...... (12)2.2 FIR滤波器的结构特点...... (13)2.3 FIR线性相位滤波器的特点...... (14)2.4实际滤波器的设计指标...... (16)第3章FIR数字滤波器主要设计方法的比较3.1窗函数法...... (17)3.1.1概述...... (17)3.1.2优缺点...... (18)3.2频率抽样法3.2.1概述...... (19)3.2.2优缺点...... (20)3.3其它设计方法...... (22)3.4 设计方法的选定...... (22)3.5 FIR数字滤波器的最优化设计...... (23)第4章FIR滤波器的MATLAB设计4.1设计的基本思路...... (25)4.2设计的总流程图...... (26)4.3窗函数的种类及理论特点...... (27)4.4设计函数fir1和fir2...... (28)4.5 FIR数字滤波器的具体设计步骤...... (29)4.6线性相位FIR低通滤波器的设计...... (31)4.7带通滤波器的设计...... (37)4.7.1概述...... (37)4.7.2带通滤波器的获取...... (40)4.8结论分析...... (43)第5章总结与展望...... (44)参考文献 (45)致谢 (46)摘要传统的数字滤波器的设计过程复杂计算工作量大，滤波特性调整困难，影响了它的应用。
本文介绍了一种利用MATLAB信号处理工具箱（Signal Processing Toolbox）快速有效的设计由软件组成的常规数字滤波器的设计方法。
基于MATLAB的数字带通滤波器的设计
课程设计任务书2010—2011学年第一学期专业：通信工程学号: o********* _______ 姓名：*** ______课程设计名称：数字信号处理课程设计设计题目：基于的数字带通滤波器的设计完成期限：自2011 年1 月3 日至2011 年1 月9 日共1 周一、设计目的1、巩固所学的理论知识；2、提高综合运用所学理论知识独立分析和解决问题的能力；3、更好地将理论与实践相结合；4、掌握信号分析与处理的基本方法与实现；5、熟练使用语言进行编程实现。
二、设计内容设计巴特沃斯数字带通滤波器，要求通带范围为0.25 n<^< 0.45 n,通带最大衰减为3,阻带范围为0W®W 0.15 n和0.55 n<w<n，阻带最小衰减为40。
三、设计要求调用和设计，并显示数字滤波器系统函数H（Z）的系数，绘制数字滤波器的损耗函数和相频特性函数。
并分析这种设计对应于脉冲响应不变法还是双线性变换法？四、设计条件计算机、语言环境五、参考资料[1] 《数字信号处理》（第三版），丁玉美，高西全•西安电子科技大学出版社，2000.[2] 《及在电子信息课程中的应用》，陈怀堔，吴大正，高西全.电子工业出版社，2006.[3] 《7.0从入门到精通》，求是科技.人民邮电出版社，2006.[4] 《数字信号处理（第三版）》学习指导，高西全，丁玉美.西安科技大学出版社，2001.指导教师（签字）：教研室主任（签字）：—批准日期：年月日摘要数字滤波器是指输入、输出均为数字信号，通过数值运算处理改变输入信号所含频率成分的相对比例，或者滤除某些频率成分的数字器件和程序。
经典数字滤波器从滤波特性上分类，可以分成低通、高通、带通和带阻等滤波器。
数字滤波器的幅频特性表示信号通过该滤波器后各频率成分振幅衰减情况，而相频特性反映各频率成分通过滤波器后在时间上的延时情况。
本次课程设计先是对巴特沃斯数字带通滤波器有关理论知识作介绍，在性能指标分析基础上运用的和函数设计程序，得到损耗函数和相频特性函数图像，写出数字滤波器系统函数H(Z) ，并对结果进行分析，最后总结课程设计体会。
基于MATLAB的IIR数字带通滤波器设计
毕业设计说明书中文摘要毕业设计说明书外文摘要1 绪论 (1)1.1 数字滤波器的优点 (2)1.2 数字滤波器的发展概况 (3)1.3 开发工具 (4)1.3.1 MATLAB软件简介 (4)1.3.2 MATLAB特点 (5)2 数字滤波器理论研究 (6)2.1 滤波器的设计 (6)2.2 数字滤波器的定义 (7)2.3 滤波器的设计步骤 (8)2.4 数字滤波器的类型 (8)2.5 滤波器的选择 (9)2.5.1 FIR和IIR数字滤波器的比较 (9)2.5.2 FIR或IIR滤波器的选取原则 (10)2.6 数字滤波器的实现方法 (10)3 IIR滤波器的设计 (11)3.1 数字滤波器 (11)3.2 IIR数字滤波器设计方法 (12)3.2.1用脉冲相应不变法设计IIR数字滤波器 (13)3.2．2 用双线性变换法设计IIR数字滤波器 (15)4 IIR数字带通滤波器设计过程 (18)4.1 设计步骤： (18)4.2 程序流程框图： (19)4.3 MATLAB程序： (19)结论 (22)参考文献 (23)致谢 (24)基于MATLAB的IIR数字带通滤波器设计1 绪论凡是有能力进行信号处理的装置都可以称为滤波器。
在近代电信设备和各类控制系统中，滤波器应用极为广泛；在所有的电子部件中，使用最多，技术最为复杂的要算滤波器了。
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，次年导致了美国第一个多路复用系统的出现。
20世纪50年代无源滤波器日趋成熟。
自60年代起由于计算机技术、集成工艺和材料工业的发展，滤波器发展上了一个新台阶，并且朝着低功耗、高精度、小体积、多功能、稳定可靠和价廉方向努力，其中小体积、多功能、高精度、稳定可靠成为70年代以后的主攻方向。
导致RC有源滤波器、数字滤波器、开关电容滤波器和电荷转移器等各种滤波器的飞速发展，到70年代后期，上述几种滤波器的单片集成已被研制出来并得到应用。
基于MATLAB的数字滤波器设计!!!
一、 实验目地(1)掌握双线性变换法及脉冲相应不变法设计IIR 数字滤波器地具体设计方法; (2) 熟悉用双线性变换法及脉冲响应不变法设计低通、高通和带通IIR 数字滤波器地计算机编程.二、 实验原理在MA TLAB 中,可以用下列函数辅助设计IIR 数字滤波器：1)利用buttord 和cheb1ord 可以确定低通原型巴特沃斯和切比雪夫滤波器地阶数和截止频率；2)[num,den]=butter （N,Wn ）(巴特沃斯)和[num,den]=cheby1（N,Wn ）,[num,den]=cheby2（N,Wn ）(切比雪夫1型和2型)可以进行滤波器地设计；3）lp2hp,lp2bp,lp2bs 可以完成低通滤波器到高通、带通、带阻滤波器地转换；4)使用bilinear 可以对模拟滤波器进行双线性变换,求得数字滤波器地传输函数系数；5)利用impinvar 可以完成脉冲响应不变法地模拟滤波器到数字滤波器地转换. 三、 预习要求（1）在MATLAB 中,熟悉函数butter 、cheby1、cheby2地使用,其中：[num,den]=butter （N,Wn ）巴特沃斯滤波器设计；[num,den]=cheby1（N,Wn ）切比雪夫1型滤波器设计；[num,den]=cheby2（N,Wn ）切比雪夫2型滤波器设计.（2）阅读附录中地实例,学习在MA TLAB 中进行数字滤波器地设计；（3）给出IIR 数字滤波器参数和滤波器地冲激响应,绘出它们地幅度和相位频响曲线,讨论它们各自地实现形式和特点.四、 实验内容利用MATLAB 编程,用脉冲响应不变法和双线性变换法设计一个数字带通滤波器,指标要求如下：通带边缘频率：π45.01=ΩP ,π65.02=ΩP ,通带峰值起伏：][1dB p ≤α.阻带边缘频率：π3.01=ΩS ,π8.02=ΩS ,最小阻带衰减： ][40dB S ≥α. 附录：例1 设采样周期T=250μs （采样频率fs =4kHz ）,用脉冲响应不变法和双线性变换法设计一个三阶巴特沃兹滤波器,其3dB 边界频率为fc =1kHz.[B,A]=butter(3,2*pi*1000,'s');[num1,den1]=impinvar(B,A,4000);[h1,w]=freqz(num1,den1);[B,A]=butter(3,2/0.00025,'s');[num2,den2]=bilinear(B,A,4000);[h2,w]=freqz(num2,den2);f=w/pi*2000;plot(f,abs(h1),'-.',f,abs(h2),'-');grid;xlabel('频率/Hz ')ylabel('幅值/dB')程序中第一个butter地边界频率2π×1000,为脉冲响应不变法原型低通滤波器地边界频率；第二个butter地边界频率2/T=2/0.00025,为双线性变换法原型低通滤波器地边界频率.图1给出了这两种设计方法所得到地频响,虚线为脉冲响应不变法地结果；实线为双线性变换法地结果.脉冲响应不变法由于混叠效应,使得过渡带和阻带地衰减特性变差,并且不存在传输零点.同时,也看到双线性变换法,在z=-1即Ω=π或f=2000Hz处有一个三阶传输零点,这个三阶零点正是模拟滤波器在ω=∞处地三阶传输零点通过映射形成地.例2 设计一数字高通滤波器,它地通带为400～500Hz,通带内容许有0.5dB地波动,阻带内衰减在小于317Hz地频带内至少为19dB,采样频率为1,000Hz.正确wc=2*1000*tan(2*pi*400/(2*1000));wt=2*1000*tan(2*pi*317/(2*1000));[N,wn]=cheb1ord(wc,wt,0.5,19,'s');[B,A]=cheby1(N,0.5,wn,'high','s');[num,den]=bilinear(B,A,1000);[h,w]=freqz(num,den);f=w/pi*500;plot(f,20*log10(abs(h)));axis([0,500,-80,10]);grid;xlabel('')ylabel('幅度/dB')例3 设计一巴特沃兹带通滤波器,其３dB边界频率分别为f2=110kHz和f1=90kHz,在阻带f3 = 120kHz处地最小衰减大于１０dB,采样频率fs=400kHz.w1=2*400*tan(2*pi*90/(2*400));w2=2*400*tan(2*pi*110/(2*400));wr=2*400*tan(2*pi*120/(2*400));[N,wn]=buttord([w1 w2],[0 wr],3,10,'s');[B,A]=butter(N,wn,'s');[num,den]=bilinear(B,A,400);[h,w]=freqz(num,den);f=w/pi*200;plot(f,20*log10(abs(h)));axis([40,160,-30,10]);grid;xlabel('频率/kHz')ylabel('幅度/dB')例4 一数字滤波器采样频率fs = 1kHz,要求滤除100Hz地干扰,其３dB地边界频率为95Hz 和105Hz,原型归一化低通滤波器为w1=95/500;w2=105/500;[B,A]=butter(1,[w1, w2],'stop');[h,w]=freqz(B,A);f=w/pi*500;plot(f,20*log10(abs(h))); axis([50,150,-30,10]); grid;xlabel('频率/Hz') ylabel('幅度/dB')。
基于MATLAB的数字滤波器的设计
基于MATLAB的数字滤波器的设计1 绪论1.1 本课题的研究目的及意义数字滤波是数字信号处理的重要基础，在对信号的滤波、检测及参数的估计等信号应用中，数字滤波是使用最为广泛的一种技术。
数字滤波是语音和图象处理、模式识别、谱分析等应用中的一个基本的处理技术，它是数字信号处理中最重要的组成部分之一，几乎出现在所有的数字信号处理系统中[1]。
数字滤波的实现主要是依靠数字滤波器，数字滤波器是由数字乘法器、加法器和延时单元组成的一种装置，其功能是对输入离散信号的数字代码进行运算处理，以达到改变信号频谱的目的。
数字滤波器在语音信号处理、图像信号处理、医学生物信号处理以及其他应用领域都得到了广泛应用，例如电视、VCD、音响、医学图像处理等。
由于电子计算机技术和大规模集成电路的发展，数字滤波器已可用计算机软件实现，也可用大规模集成数字硬件实时实现。
数字滤波器没有漂移，能够处理低频信号，频率响应特性可做成非常接近于理想的特性，且具有高精度、高可靠性、可程控改变特性或复用、便于集成等优点，它可以满足滤波器对幅度和相位特性的严格要求，可以避免模拟滤波器所无法克服的电压漂移、温度漂移和噪声等问题[2]。
而且数字滤波器的种类繁多，有低通、高通、带通、带阻和全通等类型，它可以是时不变的或时变的、因果的或非因果的、线性的或非线性的，便于选择和使用，这些优势决定了数字滤波器的应用越来越广泛，因此滤波器的研究具有极为重要的意义。
1.2 国内外发展现状关于数字滤波器，早在上世纪40年代末期就有人讨论过它的可能性问题，在50年代也有人讨论过数字滤波器的实现问题。
但直到60年代中期，才开始形成关于数字滤波器的一套完整的正规理论。
这一时期，提出了各种各样的数字滤波器结构，有的以运算误差最小为特点，有的则以运算速度快见长。
同时也出现了数字滤波器的各种逼近方法和实现方法，对递归和非递归两类滤波器作了全面的比，统一了数字滤波器的基本概念和理论，开始形成有限冲激响应（IIR）滤波器和无限冲激响应（FIR）滤波器的初步理论。
基于MATLAB的数字带通滤波器的仿真论文
基于MATLAB的数字带通滤波器的仿真论⽂通信系统综合设计与实践题⽬基于matlab的带通滤波器设计院（系）名称信息⼯程学院专业名称通信⼯程学⽣姓名翟佳⽻齐俊杰⽅超学⽣学号090110041090110005090110031指导教师赵春⾬2012 年5⽉21⽇摘要数字滤波器在现代通信领域内具有很重要的作⽤，在通信的过程中，发射源发射出来的信号会混杂多种频率的信号，如果需要接收到所需要的信号，就需要对这些信号进⾏滤波，把我们不需要的那些频率的信号给滤掉从⽽得到我们所需要的带有信息的信号，通过这种⽅法也可以去除空⽓中的噪声信号，在通信中具有重要的作⽤。
本⽂主要侧重数字带通滤波器的设计与matlab 的仿真。
⾸先，本⽂将讲数字带通滤波器的基本概念，特点以及在通信领域内的应⽤，对数字滤波器进⾏⼀个简要的概述。
其次，本⽂将讲IIR滤波器的设计⽅法，对⽐不同的模拟滤波器的特点及脉冲响应不变法与双线性变换法的特点来选择合适的⽅法实现IIR滤波器的设计。
接着，本⽂将讲FIR滤波器的特点并与IIR滤波器进⾏⽐较，阐述为什么要采⽤IIR滤波器进⾏设计⽽不采⽤FIR滤波器。
最后，对所设计IIR带通滤波器进⾏仿真并对仿真后的结果进⾏分析，并与预计的仿真结果进⾏⽐较。
关键词：IIR滤波器FIR滤波器数字带通滤波器matlab仿真⽬录1 数字滤波器的综述 (1)1.1数字滤波器的基本概念 (1)1.2数字滤波器的主要分类和应⽤ (2)1.2.1数字滤波器的主要分类 (2)1.2.2数字滤波器的应⽤ (2)1.3数字滤波器的研究⽬的与意义 (3)1.4数字滤波器的发展前景 (4)2带通数字滤波器 (4)2.1带通数字滤波器的特点 (4)2.2 带通数字滤波器的作⽤ (4)2.3 带通数字滤波器的设计⽅法 (5)3 ⽆线脉冲响应数字滤波器 (5)3.1⽆线脉冲响应数字滤波器的基本概念 (5)3.2⽆线脉冲响应数字滤波器的结构 (6)3.2.1 直接型 (6)3.2.2 级联型 (7)3.3 模拟滤波器 (9)3.3.1各种模拟滤波器的介绍 (9)3.3.2 模拟滤波器的⽐较 (10)3.4脉冲响应不变法与双线性变换法 (11)3.4.1 脉冲响应不变法 (11)3.4.2 双线性变换法 (13)3.4.3 脉冲响应不变法与双线性变换法的⽐较 (14)4有限脉冲响应数字滤波器 (15)4.1 FIR滤波器 (15)4.2 FIR与IIR滤波器的⽐较 (16)5数字带通滤波器的matlab的仿真 (17)5.1 MATLAB的数字带通滤波器的仿真 (17)5.1.1 脉冲响应不变法设计滤波器 (17)5.1.2 双线性变换法设计滤波器 (20)5.2⽤simulink仿真⾃⼰所设计的数字带通滤波器 (23)总结 (26)数字带通滤波器数字滤波器在现代通信领域内具有很重要的作⽤，在通信的过程中，发射源发射出来的信号会混杂多种频率的信号，如果需要接收到所需要的信号，就需要对这些信号进⾏滤波，把我们不需要的那些频率的信号给滤掉从⽽得到我们所需要的带有信息的信号，通过这种⽅法也可以去除空⽓中的噪声信号，在通信中具有重要的作⽤。
基于MATLAB的数字滤波器的设计
基于MATLAB 的数字滤波器的设计1 引言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线性非时变系统，其输入是一组（由模拟信号取样和量化的)数字量，其输出是经过变换或说处理的另一组数字量。
数字滤波器具有稳定性高、精度高、灵活性大等突出优点。
这里所说的数字滤波器是指理想带通，低通等的频率选择数字滤波器。
数字滤波器设计的一个重要步骤是确定一个可实现的传输函数H(z)，这个确定传输函数H(z)的过程称为数字滤波器设计。
数字滤波器的一般设计过程为：（1）按照实际需要，确定滤波器的性能要求（通常在频域内给定数字滤波的性能要求）。
（2）寻找一满足预定性能要求的离散时间线性系统。
（3）用有限精度的运算实现所设计的系统。
（4）通过模拟，验证所设计的系统是否符合给定性能要求。
2 数字滤波器的设计滤波器分为两种，分别为模拟滤波器和数字滤波器。
数字滤波器可以理解为是一个计算程序或算法，将代表输入信号的数字时间序列转化为代表输出信号的数字时间序列，并在转化的过程中，使信号按预定的形式变化。
数字滤波器有多种分类，从数字滤波器功能上分可分为低通、高通、带阻、带通滤波器，根据数字滤波器冲激响应的时域特征，可将数字滤波器分为两种，即无限长冲激响应滤波器（IIR ）和有限长冲激响应滤波器（FIR ）。
数字滤波器指标：一般来说，滤波器的幅频特性是分段常数的，以低通为例，在通带内逼近于1，阻带内逼近与0，实际设计的滤波器并非是锐截止的通带和阻带两个范围，两者之间总有一个过渡带。
在设计滤波器时事先给定幅频特性允许误差，在通带范围内幅度响应以误差逼近于1，在阻带内幅1σ度响应以误差逼近于0。
2σ （1）πσσ≤≤≤≤≤≤-w w e H w w e H r jwc jw ,2|)(|,1|)(|11式中wc 和wr 分别为通带边界频率和阻带边界频率，wr-wc 为过渡带。
在具体的技术指标中往往用通带波动来表示，用最小阻带衰减At 来表示，其具体的对应公式这里就不详述了。
基于Matlab数字带通滤波设计
《数字信号处理课程设计报告》课程设计题目：数字带通滤波设计学院：信息工程学院专业：通信工程班级：学生姓名:指导老师：日期：2012年5月4日至17日目录1. 课程设计的目的和意义 (3)1.1课程目的 (3)1.2实验意义 (3)2.课程设计题目描述及要求 (4)3.实验内容 (4)3.1数字滤波器的简介 (4)3.2 椭圆数字带通滤波器设计原理 (4)3.3实验流程框图 (5)3.4实验步骤 (7)3.5 程序代码 (8)3.6实验仿真结果图 (9)3.7实验结果分析 (10)4.实验总结 (10)参考文献 (11)1.课程设计的目的和意义1.1课程目的(1) 学习椭圆模拟带通滤波器的设计。
(2) 使用椭圆模拟带通滤波器逼近数字带通滤波器。
(3) 双线性变换法的应用原理。
(4) 使用matlab对滤波器进行仿真和频谱分析。
1.2实验意义数字滤波器是个离散时间系统（按预定的算法，将输入离散时间信号换为所要求的输出离散时间信号的特定功能装置）。
应用数字滤波器处理模拟信号时，首先须对输入模拟信号进行限带、抽样和模数转换。
数字滤波器输入信号的抽样率应大于被处理信号带宽的两倍，其频率响应具有以抽样频率为间隔的周期重复特性，且以折叠频率即1/2抽样频率点呈镜像对称。
为得到模拟信号，数字滤波器处理的输出数字信号须经数模转换、平滑。
数字滤波器具有高精度、高可靠性、可程控改变特性或复用、便于集成等优点。
数字滤波器在语言信号处理、图像信号处理、医学生物信号处理以及其他应用领域都得到了广泛应用。
利用Matlab设计滤波器,可以按照设计要求非常方便地调整设计参数,极大地减轻了设计的工作量,有利于滤波器设计的最优化。
Matlab因其强大的数据处理功能被广泛应用于工程计算,其丰富的工具箱为工程计算提供了便利,利用Matlab信号处理工具箱可以快速有效地设计各种数字滤波器,设计简单方便。
本文介绍了在Matlab环境下滤波器设计的方法和步骤。
实验5 基于Matlab的数字滤波器设计
实验五 基于Matlab 的数字滤波器设计实验目的：加深对数字滤波器的常用指标和设计过程的理解。
实验原理：低通滤波器的常用指标如下所述，其典型规格如下：⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧≤≤≤≤+≤≤-πδδδw w e G w w e G s s jw p p jw p ,)(,1)(1 通带边缘频率：p ϖ阻带边缘频率：s ϖ 通带起伏：p δ 通带峰值起伏：))(1(log 2010dB p p δα--=阻带起伏： s δ 最小阻带衰减：))((log 2010dB s s δα-=数字滤波器有IIR 和FIR 两种类型，他们的特点和设计方法不同。
一、窗函数法设FIR 滤波器在Matlab 中产生窗函数十分简单：（１） 矩形窗调用格式：w=boxcar(n) ，根据长度n 产生一个矩形窗w 。
（２） 三角窗调用格式：w=triang(n) ，根据长度n 产生一个三角窗w 。
（3）汉宁窗调用格式：w=hanning(n) ，根据长度n 产生一个汉宁窗w 。
（4）汉明窗调用格式：w=hamming(n) ，根据长度n 产生一个汉明窗w 。
（5）布莱克曼窗调用格式：w=Blackman(n) ，根据长度n 产生一个布莱克曼窗w 。
基于窗函数的FIR 滤波器设计利用Matlab 提供的函数firl 来实现。
调用格式：firl(n,wn,’ftype ’,Window)，n 为阶数,wn 是截止频率（如果输入是形如[w1 w2]的矢量时，本函数将设计带通滤波器，其通带为w1<w<w2）、ftype 是滤波器的类型（底通——省略该参数、高通——ftype=high 、带阻——ftype=stop ）、Window 是窗函数。
1、设计一个长度为8的线性相位FIR 滤波器。
Window=boxcar(8); b=fir1(7,0.4,Window); freqz(b,1); Window=blackman(80;b=fir1(7,0.4,Window); freqz(b,1);2、设计线性相位带通滤波器，其长度N=15，上下边带截止频率分别为w1=0.3π,w2=0.5π Window=blackman(16); B=firl(15,[0.3 0.5],Window); Freqz(b,1);3、设计指标为，dB A dB R s a p p 50,3.0,25.0,2.0====πϖπϖ的底通滤波器。
基于matlab的FIR数字滤波器设计(多通带,窗函数法)
数字信号处理课程设计报告设计名称：基于matlab的FIR数字滤波器设计彪一、课程设计的目的1、通过课程设计把自己在大学中所学的知识应用到实践当中。
2、深入了解利用Matlab设计FIR数字滤波器的基本方法。
3、在课程设计的过程中掌握程序编译及软件设计的基本方法。
4、提高自己对于新知识的学习能力及进行实际操作的能力。
5、锻炼自己通过网络及各种资料解决实际问题的能力。
二、主要设计内容利用窗函数法设计FIR滤波器，绘制出滤波器的特性图。
利用所设计的滤波器对多个频带叠加的正弦信号进行处理，对比滤波前后的信号时域和频域图，验证滤波器的效果。
三、设计原理FIR 滤波器具有严格的相位特性，对于信号处理和数据传输是很重要的。
目前 FIR滤波器的设计方法主要有三种：窗函数法、频率取样法和切比雪夫等波纹逼近的最优化设计方法。
常用的是窗函数法和切比雪夫等波纹逼近的最优化设计方法。
本实验中的窗函数法比较简单，可应用现成的窗函数公式，在技术指标要求高的时候是比较灵活方便的。
如果 FIR 滤波器的 h(n)为实数, 而且满足以下任意条件,滤波器就具有准确的线性相位：第一种：偶对称，h(n)=h(N-1-n)，φ (ω)=-(N-1)ω/2第二种：奇对称，h(n)=-h(N-1-n), φ(ω)=-(N-1)ω/2+pi/2对称中心在n=(N-1)/2处四、设计步骤1.设计滤波器2.所设计的滤波器对多个频带叠加的正弦信号进行处理3.比较滤波前后信号的波形及频谱五、用窗函数设FIR 滤波器的基本方法基本思路：从时域出发设计 h(n)逼近理想 hd(n)。
设理想滤波器的单位响应在时域表达为hd(n),则Hd(n) 一般是无限长的，且是非因果的，不能直接作为FIR 滤波器的单位脉冲响应。
要想得到一个因果的有限长的滤波器单位抽样响应 h(n)，最直接的方法是先将hd(n)往右平移，再迕行截断，即截取为有限长因果序列：h(n)=hd(n)w(n)，并用合适的窗函数迕行加权作为FIR 滤波器的单位脉冲响应。
基于MATLAB的数字带通滤波器
《Matlab程序设计》课程设计（论文）题目名称____ MATLAB的数字带通滤波器学院_______ _汽车学院 _ ____专业_____ 车辆工程 _ _班级_____ 2012级本科1班 _学号_______201203130121 __ ______学生姓名________ 刘金龙_ ____指导教师________ 陈佩江____ ______2015年07月08日摘要：关于滤波器设计的传统思路，本文借助Matlab 软件中滤波器设计工具，探讨一种更为简洁、高效的设计方式。
传统的数字滤波器的设计过程复杂，计算工作量大，滤波特性调整困难，影响了它的应用。
本文介绍了一种利用MATLAB 信号处理工具箱（Signal Processing Toolbox ）快速有效的设计由软件组成的常规数字滤波器的设计方法。
本文给出了使用MATLAB 语言进行程序设计和利用信号处理工具箱的FDA Tool 工具进行界面设计的方法。
利用MATLAB 设计滤波器，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。
关键词：带通滤波器；MATLAB ；设计工具随着信息科学与计算技术的迅速发展，数字信号处理的理论与应用得到飞跃式发展，形成了一门极为重要的学科[1]。
滤波技术是信号分析、处理技术的重要分支。
无论是信号的获取、传输, 还是信号的处理和交换都离不开滤波技术,它对信号安全可靠和有效灵活地传递是至关重要的。
故滤波技术是极为敏感与热门的课题, 对滤波器的研制也历来为各国所重视[3]。
任务与要求设计任务：要求设计一个IIR 带通滤波器，其中通带的中心频率为πω5.0=po ，通带的截止频率πω4.01=p ，πω6.02=p ，通带最大衰减dB p 3=α；阻带最小衰减dB s 15=α，阻带截止频率πω3.01=s ，πω7.02=s 。
设计要求：1. 根据设计任务要求给出实现方案及实现过程。
基于matlab的等波纹数字FIR带通滤波器设计
南华大学数字信号处理课程设计学院：电气工程学院学生姓名：刘梦尧专业班级：本电子091题目编号：0702设计题目：等波纹数字FIR带通滤波器起止时间：2012年12月26日至2013年1月11日****：***2013年1月11日2．对课程设计成果的要求〔包括图表（或实物）等硬件要求〕：滤波器的初始设计通过手工计算完成；在计算机辅助计算基础上分析滤波器结构对其性能指标的影响（至少选择两种以上合适的滤波器结构进行分析）；在计算机辅助计算基础上分析滤波器参数的字长对其性能指标的影响；以上各项要有理论分析和推导、原程序以及表示计算结果的图表；课程设计结束时提交设计说明书。
3．主要参考文献：[1]高息全丁美玉.《数字信号处理》[M].西安：西安电子科技大学出版社，2008.8[2]陈怀琛.《数字信号处理教程——MATLAB释义与实现》[M].北京：电子工业出版社，2004.12[3]张德丰.《详解MATLAB数字信号处理》[M].北京：电子工业出版社，2010.6[4]飞思科技产品研发中心.《MATLAB7辅助信号处理技术与应用》[M].北京：电子工业出版社，2005.34．课程设计工作进度计划：序号起迄日期工作内容接到题目，搜集资料1 2012.12.26-2013.12.31整理资料，构思设计方案2 2012.12.31-2013.1.3手工计算进行滤波器的初步设计3 2013.1.3-2013.1.5完善初步设计，学习Matlab软件操作4 2013.1.5-2013.1.7通过Matlab软件分析设计内容，逐步落实课题目标5 2013.1.8-2013.1.9上交课程设计，并做细节修改并完成设计6 2013.1.10-2013.1.11主指导教师日期：年月日一 手工计算完成等波纹FIR 带通滤波器初始设计1．设计要求滤波器的设计指标要求为： ⑴阻带下截止频率rad e d sl i πω2.050⋅= ⑵通带下截止频率rad e d pl i πω3.050⋅= ⑶通带上截止频率rad e d pu i πω7.050⋅= ⑷阻带上截止频率rad e d i su πω8.050⋅= ⑸通带最大衰减dB a p 1= ⑹阻带最小衰减dB a s 60=其中d i 为学号的后两位，我的学号为20094470120，所以d i =20 由此计算性能指标得： ⑴阻带下截止频率：rad ed sl i πω2.050⋅==rad e π2.05020•=0.2984πrad⑵通带下截止频率：rad ed pl i πω3.050⋅==rad e π3.05020•=0.4475πrad⑶通带上截止频率：rad e d pu i πω7.050⋅==rad e π7.05020•=1.0443πrad⑷阻带上截止频率：rad ed i su πω8.050⋅==rad e π8.05020•=1.1935πrad⑸通带最大衰减：dB a p 1= ⑹阻带最小衰减：dB a s 60=2．手工计算设采样频率Fs=8000Hz ，由公式f =Fs/2πω可将截止频率的单位转换为Hz ： ⑴6.1193=sl f Hz ⑵4.1790=pl f Hz ⑶6.4177=pu f Hz ⑷4.4774=su f Hz再将其除以采样频率Fs 转换为归一化频率： 阻带下截止频率：0.1492 通带下截止频率：0.2238 通带上截止频率：0.5222 阻带上截止频率：0.5968将dB a p 1=，dB a s 60=带入公式ξ1=（11020-pa ）/(11020+pa )， ξ2=2010s a - 中:得ξ1=0.057501128，ξ2=0.001 由凯泽逼近n 的公式: n=f∆--6.1413lg 2021ξξ, Δf =πωω2ps - 求得ωs -ωp =（0.4475π-0.2984π）+（1.1935π-1.0443π）=0.2984π Δf = 0.1492 , n=543．在Matlab中利用REMEZ函数计算程序如下：f=[0.1492 0.2238 0.5222 0.5968];m=[0 1 0];rp=1;rs=60;dat1=(10^(rp/20)-1)/(10^(rp/20)+1);dat2=10^(-rs/20);rip=[dat2,dat1,dat2];[M,fo,mo,w]=remezord(f,m,rip); hn=remez(M,fo,mo,w); figure(1)freqz (hn);调用REMEZ函数进行运算的结果如图1和图2图1Remez函数运算结果图2 hn计算值(传递函数中分子各项前系数)由图1和图2可得：M为FIR数字滤波器阶数，hn长度N=M+1求得M=53，N=M+1=54通带振荡波纹幅度ξ1=dat1=0.0575阻带振荡波纹幅度ξ2=dat2=0.001误差加权函数W=[1,57.5011]传递函数中分子各项前系数hn见附录4．手工计算和利用REMEZ函数计算结果比较通过比较手工计算与运用Matlab中REMEZ函数计算结果可以发现，由手工计算得出的滤波器阶数N、通带振荡波纹幅度ξ1、阻带振荡波纹幅度ξ2与由REMEZ函数计算得出的N、ξ1与ξ2相等，证明计算无误。
基于Matlab数字带通滤波设计
《数字信号处理课程设计报告》课程设计题目：数字带通滤波设计学院：信息工程学院专业：通信工程班级：学生姓名:指导老师：日期：2012年5月4日至17日目录1. 课程设计的目的和意义 (3)1.1课程目的 (3)1.2实验意义 (3)2.课程设计题目描述及要求 (4)3.实验内容 (4)3.1数字滤波器的简介 (4)3.2 椭圆数字带通滤波器设计原理 (4)3.3实验流程框图 (5)3.4实验步骤 (7)3.5 程序代码 (8)3.6实验仿真结果图 (9)3.7实验结果分析 (10)4.实验总结 (10)参考文献 (11)1.课程设计的目的和意义1.1课程目的(1) 学习椭圆模拟带通滤波器的设计。
(2) 使用椭圆模拟带通滤波器逼近数字带通滤波器。
(3) 双线性变换法的应用原理。
(4) 使用matlab对滤波器进行仿真和频谱分析。
1.2实验意义数字滤波器是个离散时间系统（按预定的算法，将输入离散时间信号换为所要求的输出离散时间信号的特定功能装置）。
应用数字滤波器处理模拟信号时，首先须对输入模拟信号进行限带、抽样和模数转换。
数字滤波器输入信号的抽样率应大于被处理信号带宽的两倍，其频率响应具有以抽样频率为间隔的周期重复特性，且以折叠频率即1/2抽样频率点呈镜像对称。
为得到模拟信号，数字滤波器处理的输出数字信号须经数模转换、平滑。
数字滤波器具有高精度、高可靠性、可程控改变特性或复用、便于集成等优点。
数字滤波器在语言信号处理、图像信号处理、医学生物信号处理以及其他应用领域都得到了广泛应用。
利用Matlab设计滤波器,可以按照设计要求非常方便地调整设计参数,极大地减轻了设计的工作量,有利于滤波器设计的最优化。
Matlab因其强大的数据处理功能被广泛应用于工程计算,其丰富的工具箱为工程计算提供了便利,利用Matlab信号处理工具箱可以快速有效地设计各种数字滤波器,设计简单方便。
本文介绍了在Matlab环境下滤波器设计的方法和步骤。
基于MATLAB的数字带通滤波器的设计
课程设计任务书2010—2011学年第一学期专业：通信工程学号: o********* _______ 姓名：*** ______课程设计名称：数字信号处理课程设计设计题目：基于的数字带通滤波器的设计完成期限：自2011 年1 月3 日至2011 年1 月9 日共1 周一、设计目的1、巩固所学的理论知识；2、提高综合运用所学理论知识独立分析和解决问题的能力；3、更好地将理论与实践相结合；4、掌握信号分析与处理的基本方法与实现；5、熟练使用语言进行编程实现。
二、设计内容设计巴特沃斯数字带通滤波器，要求通带范围为0.25 n<^< 0.45 n,通带最大衰减为3,阻带范围为0W®W 0.15 n和0.55 n<w<n，阻带最小衰减为40。
三、设计要求调用和设计，并显示数字滤波器系统函数H（Z）的系数，绘制数字滤波器的损耗函数和相频特性函数。
并分析这种设计对应于脉冲响应不变法还是双线性变换法？四、设计条件计算机、语言环境五、参考资料[1] 《数字信号处理》（第三版），丁玉美，高西全•西安电子科技大学出版社，2000.[2] 《及在电子信息课程中的应用》，陈怀堔，吴大正，高西全.电子工业出版社，2006.[3] 《7.0从入门到精通》，求是科技.人民邮电出版社，2006.[4] 《数字信号处理（第三版）》学习指导，高西全，丁玉美.西安科技大学出版社，2001.指导教师（签字）：教研室主任（签字）：—批准日期：年月日摘要数字滤波器是指输入、输出均为数字信号，通过数值运算处理改变输入信号所含频率成分的相对比例，或者滤除某些频率成分的数字器件和程序。
经典数字滤波器从滤波特性上分类，可以分成低通、高通、带通和带阻等滤波器。
数字滤波器的幅频特性表示信号通过该滤波器后各频率成分振幅衰减情况，而相频特性反映各频率成分通过滤波器后在时间上的延时情况。
本次课程设计先是对巴特沃斯数字带通滤波器有关理论知识作介绍，在性能指标分析基础上运用的和函数设计程序，得到损耗函数和相频特性函数图像，写出数字滤波器系统函数H(Z) ，并对结果进行分析，最后总结课程设计体会。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
《数字信号处理课程设计报告》课程设计题目：数字带通滤波设计学院：信息工程学院专业：通信工程班级：学生姓名:指导老师：日期：2012年5月4日至17日目录1. 课程设计的目的和意义 (3)1.1课程目的 (3)1.2实验意义 (3)2.课程设计题目描述及要求 (4)3.实验内容 (4)3.1数字滤波器的简介 (4)3.2 椭圆数字带通滤波器设计原理 (4)3.3实验流程框图 (5)3.4实验步骤 (7)3.5 程序代码 (8)3.6实验仿真结果图 (9)3.7实验结果分析 (10)4.实验总结 (10)参考文献 (11)1.课程设计的目的和意义1.1课程目的(1) 学习椭圆模拟带通滤波器的设计。
(2) 使用椭圆模拟带通滤波器逼近数字带通滤波器。
(3) 双线性变换法的应用原理。
(4) 使用matlab对滤波器进行仿真和频谱分析。
1.2实验意义数字滤波器是个离散时间系统（按预定的算法，将输入离散时间信号换为所要求的输出离散时间信号的特定功能装置）。
应用数字滤波器处理模拟信号时，首先须对输入模拟信号进行限带、抽样和模数转换。
数字滤波器输入信号的抽样率应大于被处理信号带宽的两倍，其频率响应具有以抽样频率为间隔的周期重复特性，且以折叠频率即1/2抽样频率点呈镜像对称。
为得到模拟信号，数字滤波器处理的输出数字信号须经数模转换、平滑。
数字滤波器具有高精度、高可靠性、可程控改变特性或复用、便于集成等优点。
数字滤波器在语言信号处理、图像信号处理、医学生物信号处理以及其他应用领域都得到了广泛应用。
利用Matlab设计滤波器,可以按照设计要求非常方便地调整设计参数,极大地减轻了设计的工作量,有利于滤波器设计的最优化。
Matlab因其强大的数据处理功能被广泛应用于工程计算,其丰富的工具箱为工程计算提供了便利,利用Matlab信号处理工具箱可以快速有效地设计各种数字滤波器,设计简单方便。
本文介绍了在Matlab环境下滤波器设计的方法和步骤。
2.课程设计题目描述及要求用双线性变换法设计一个数字带通滤波器，使其指标接近接近如下技术指标的椭圆模拟带通滤波器：ωp1=100Hz, ωp2=200Hz, ωs1=50Hz, ωs2=250Hz,通带衰减系数为Rp=0.5dB,组带衰减系数Rs=60dB,采样频率为20000Hz 。
3.实验内容3.1数字滤波器的简介数字滤波器(digital filter)是由数字乘法器、加法器和延时单元组成的一种装置。
其功能是对输入离散信号的数字代码进行运算处理，以达到改变信号频谱的目的。
数字滤波器可以理解为是一个计算程序或算法，将代表输入信号的数字时间序列转化为代表输出信号的数字时间序列，并在转化过程中，使信号按预定的形式变化。
数字滤波器有多种分类，根据数字滤波器冲激响应的时域特征，可将数字滤波器分为两种，即无限长冲激响应（IIR ）滤波器和有限长冲激响应（FIR ）滤波器。
IIR 数字滤波器具有无限宽的冲激响应，与模拟滤波器相匹配。
所以IIR 滤波器的设计可以采取在模拟滤波器设计的基础上进一步变换的方法。
FIR 数字滤波器的单位脉冲响应是有限长序列。
它的设计问题实质上是确定能满足所要求的转移序列或脉冲响应的常数问题，设计方法主要有窗函数法、频率采样法和等波纹最佳逼近法等。
3.2 椭圆数字带通滤波器设计原理双线性变换法获得的数字滤波器频率响应特性中不会出现混叠现象，可以适用于高通、带通和带阻滤波器的设计。
IIR 数字滤波器的设计通常要借助于模拟低通滤波器的设计，由原型低通滤波器到其他形式（高通、带通、带阻）IIR 数字滤波器的频带变换有模拟频带变换法和数字频带变换法。
本实验中用的是模拟频带变换法。
首先将给定的对数字滤波器(DF)的技术要求转换为一个低通模拟滤波器(AF)的技术要求，根据这种要求用某种逼近设计出原型的低通模拟滤波器(LP AF)，计算出模拟滤波器的阶数N 、极点s i 和传递函数)(s H a ，再按照双线性变换的变换关系，将模拟滤波器的传递函数)(s H a 转换为数字滤波器的传递函数)(z H 。
表1给出了对数字滤波器(DF)的技术要求直接转换为对一个低通模拟滤波器(AF)的技术要求的频率预畸变校正关系和转换公式。
图表 1双线性变换公式低通到带通的频率变换公式如下：在p 平面与s 平面虚轴上的频率关系为： λ=-λpp Ω2-Ω2ΩB w(2)式中，B w =p Ω-p Ω1，表示带通滤波器的带通宽度，p Ω，p Ω1分别为带通滤波器的带通下截止频率和通带截止频率，根据公式（2）的映射关系，频率λ=0映射为频率Ω=±Ω0，频率λ=−λP 映射为频率p Ω和-p Ω。
也就是说将低通滤波器G(p)的通带[−λP ，λP ]映射为带通带通滤波器的通带，同理，得出将Q （p ）转换为带通滤波器的系统函数，即： H BP (s )=Q(p)|p=λp s 2+Ω02Bw s(3)可以证明 Ωp1Ωpu =Ωs1Ωsu =Ω02(4)所以，带通滤波器的通带（阻带）边界频率关于中心频率Ω0几何对称，如果原指标给定的边界频率不满足公式（4），就要改变其中一个边界频率，以便满足公式（4），但要保证改变后的指标高于原指标，具体方法是，如果Ωpl Ωpu >Ωsl Ωsu ,则减小Ωpl 以使（4）得到满足，具体计算公式为： Ωpl =Ωs1Ωsu Ωpu或Ωs1=Ωpl Ωpu Ωpu(5)减小Ωpl 使带通宽度大于原指标要求的通带宽度，增大Ωs1或减少Ωpl 都使左边的过渡带宽度小于原指标要求的过渡带宽度，反之，如果Ωpl Ωpu ＜Ωsl Ωsu ,，则减少Ωs1使式（4）得到满足，而且在关于中心频率几何对称的两个正频率点上，带通滤波器的幅度值相等。
3.3实验流程框图3.4实验步骤（1）：根据题目要求计算出椭圆模拟带通滤波器的通带频率，阻带频率。
（2）：根据参数设计出椭圆低通滤波器。
（3）：将椭圆低通滤波器转化为带通滤波器。
（4）：归一化模拟带通滤波器的参数，运用双线性变换法计算出数字带通滤波器的参数。
（5）：根据参数设计出数字带通滤波器。
（6）：使用matlab画出滤波器的频谱分析图和零极点分布图。
设计完成后对已设计的滤波器的频率响应要进行校核，要得到幅频相频响应特性，运算量也是很大的。
我们平时所要设计的数字滤波器，阶数和类型并不一定是完全给定的，很多时候都是要根据设计要求和滤波效果不断的调整，以达到设计的最优化。
在这种情况下，滤波器的设计就要进行大量复杂的运算，单纯的靠公式计算和编制简单的程序很难在短时间内完成设计。
利用MATLAB强大的计算功能进行计算机辅助设计，可以快速有效的设计数字滤波器，大大的简化了计算量，直观简便。
3.5 程序代码p1=100;p2=200;s1=50;s2=250;Ap=0.5;As=60;Ft=20000;T=2;wp1=2*pi*p1/Ft;wp2=2*pi*p2/Ft;ws1=2*pi*s1/Ft;ws2=2*pi*s2/Ft;Wp1=(2/T)*tan(wp1/2); Wp2=(2/T)*tan(wp2/2); Ws1=(2/T)*tan(ws1/2); Ws2=(2/T)*tan(ws1/2) W0=Wp1*Wp2;w0=sqrt(W0);BW=Wp2-Wp1;lp=1; %归一化处理ls=Ws1*BW/(W0-Ws1^2);[N,Wn]=ellipord(lp,ls,Ap,As,'s');%椭圆模拟低通滤波器[B,A]=ellip(N,1,40,Wn,'s');%计算出低通滤波器的分子分母[BT,AT]=lp2bp(B,A,w0,BW);%将低通滤波器转化为带通[num,den]=bilinear(BT,AT,0.5);%使用双线性变换法[z,p,k]=tf2zp(num,den);%用num点绘出频率特征figure(1);zplane(z,p);title('零极点')xlabel('实部');ylabel('虚部');[h,w]=freqz(num,den,512);figure(2)plot(w/pi,20*log10(abs(h)));axis([0 0.1 -100 1]);title('频谱特性曲线')xlabel('ω/π');ylabel('幅度/dB');grid图表2滤波器频谱分析图图表3零极点分布图因为S平面的左半平面影射到平面的单位圆内，平面的右半平面影射到Z 平面的单位圆外，S平面的虚轴影射到Z平面的单位圆上。
因此，稳定的模拟滤波器经双线性变换后得到的数字滤波器也一定是稳定的。
但是它的频率变换是非线性的。
这种非线性关系使得通带截止频率，过渡带的边缘频率的相对位置发生了非线性畸变。
这种非线性畸变可以通过预畸变来校正。
用双线性变换来设计数字滤波器时，一般总是先将数字滤波器的各临界频率来预畸变，求得相应的参考模拟滤波器的各临界频率，然后设计参考模拟滤波器的传递函数，最后通过双线性变换公式求得数字滤波器的传递函数。
这样通过双线性变换，正好将这些频率截止点映射到我们所需的位置上。
完成用双线性变换法滤波器的设计。
4.实验总结采用MATLAB设计滤波器，使原来非常繁琐复杂的程序设计变成了简单的函数调用，为滤波器的设和实现开辟了广阔的天地，尤其是Matlab工具箱使各个领域的研究人员可以直观方便地进行科学研究与工程应用。
其中的信号处理工具箱、图像处理工具箱、小波工具箱等更是为数字滤波研究的蓬勃发展提供了可能。
在设计数字滤波器时, 善于应用MATLAB进行辅助设计, 能够大大提高设计效率。
数字滤波器的应用十分广泛，利用Matlab语言，很容易设计出数字椭圆滤波器，数字椭圆滤波器可以用较少的阶数获得很高的选择特性，在相位要求不明感的场合，如语音信号处理等，适合用数字椭圆数字滤波器，在设计过程中可以对比滤波器特性，随时更改参数，以达到滤波器设计的最优化。
参考文献[1] 高西全.丁玉美. 数字信号处理. 西安：西安电子科技大学出版社，2008.[2] 管爱红，张红梅，杨铁军等. MATLAB基础及其应用教程. 北京：电子工业出版社，2009.[3] 董长虹等. MATLAB信号处理与应用. 北京：国防工业出版社， 2005.[4] 楼顺天，李博菡. 基于MATLAB的系统分析与设计－信号处理. 西安：西安电子科技大学出版社,2005.[5] 蒋志凯. 数字滤波与卡尔曼滤波. 北京：中国科学技术出版社，1993.[6] [美] M.H.海因斯著，张建华等译. 数字信号处理. 北京：科学出版社，2002.。