高级数字滤波器设计及Matlab实现
使用MATLAB进行数字滤波器设计的步骤与方法
使用MATLAB进行数字滤波器设计的步骤与方法数字滤波器是用于信号处理的重要工具,它可以对信号进行去噪、频率调整等操作。
而MATLAB作为一种强大的数学计算软件,提供了丰富的数字信号处理工具箱,可以方便地进行数字滤波器的设计与仿真。
本文将介绍使用MATLAB进行数字滤波器设计的步骤与方法。
1. 了解数字滤波器的基本原理在进行数字滤波器设计之前,首先需要了解数字滤波器的基本原理。
数字滤波器根据其频率响应特性可以分为低通、高通、带通和带阻滤波器等。
此外,数字滤波器的设计还需要考虑滤波器的阶数、截止频率以及滤波器类型等因素。
在设计中,我们可以选择滤波器的类型和相应的参考模型,然后利用MATLAB工具箱提供的函数进行设计。
2. 导入MATLAB中的数字信号处理工具箱使用MATLAB进行数字滤波器设计需要先导入数字信号处理工具箱。
通过在MATLAB命令窗口输入`>> toolbox`即可打开工具箱窗口,并可以选择数字信号处理工具箱进行加载。
加载完成后,就可以调用其中的函数进行数字滤波器设计。
3. 设计数字滤波器在MATLAB中,常用的数字滤波器设计函数有`fir1`、`fir2`、`iirnotch`等。
这些函数可以根据系统特性需求设计相应的数字滤波器。
以FIR滤波器为例,可以使用`fir1`函数进行设计。
该函数需要输入滤波器的阶数和截止频率等参数,输出设计好的滤波器系数。
4. 评估滤波器性能设计好数字滤波器后,需要进行性能评估。
可以使用MATLAB提供的`fvtool`函数绘制滤波器的幅频响应、相频响应和群延迟等。
通过观察滤波器在频域的性能表现,可以判断设计的滤波器是否满足要求。
5. 对滤波器进行仿真在对滤波器性能进行评估之后,还可以使用MATLAB进行滤波器的仿真。
通过将需要滤波的信号输入设计好的滤波器中,观察输出信号的变化,可以验证滤波器的去噪效果和频率调整能力。
MATLAB提供了函数`filter`用于对信号进行滤波处理。
用MATLAB设计FIR数字滤波器
实验八 用MATLAB 设计FIR 数字滤波器(二)一、实验目旳:1、加深对窗函数法设计FIR 数字滤波器旳基本原理旳理解。
2、学习用MATLAB 语言旳窗函数法编写设计FIR 数字滤波器旳程序。
3、理解MATLAB 语言有关窗函数法设计FIR 数字滤波器旳常用函数用法。
二、实验原理:1、用窗函数法设计FIR 数字滤波器 FIR 数字滤波器旳系统函数为N-1-n n=0H(z)=h(n)z ∑这个公式也可以当作是离散LSI 系统旳系统函数M-m -1-2-mmm=0012m N -1-2-k-k12k k k=1bz b +b z +b z ++b z Y(z)b(z)H(z)====X(z)a(z)1+a z +a z ++a z1+a z ∑∑ 分母a 0为1,其他a k 全都为0时旳一种特例。
由于极点所有集中在零点,稳定和线性相位特性是FIR 滤波器旳突出长处,因此在实际中广泛使用。
FIR 滤波器旳设计任务是选择有限长度旳h(n),使传播函数H(e j ω)满足技术规定。
重要设计措施有窗函数法、频率采样法和切比雪夫等波纹逼近法等。
本实验重要简介窗函数法。
用窗函数法设计FIR 数字滤波器旳基本环节如下:(1)根据过渡带和阻带衰减指标选择窗函数旳类型,估算滤波器旳阶数N 。
(2)由数字滤波器旳抱负频率响应H(e j ω)求出其单位脉冲响应h d (n)。
可用自定义函数ideal_lp实现抱负数字低通滤波器单位脉冲响应旳求解。
程序清单如下:function hd=ideal_lp(wc,N) %点0到N-1之间旳抱负脉冲响应%wc=截止频率(弧度)%N=抱负滤波器旳长度tao=(N-1)/2;n=[0:(N-1)];m=n-tao+eps; %加一种小数以避免0作除数hd=sin(wc*m)./(pi*m);其他选频滤波器可以由低通频响特性合成。
如一种通带在ωc1~ωc2之间旳带通滤波器在给定N值旳条件下,可以用下列程序实现:Hd=ideal_lp(wc2,N)-ideal_lp(wc1,N)(3)计算数字滤波器旳单位冲激响应h(n)=w(n)h d(n)。
基于matlab的数字滤波器设计
基于matlab的数字滤波器设计一.概述本文重点介绍MATLAB 中用于数字滤波器设计的函数组。
MATLAB具备设计高性能滤波器的众多工具(toolbox),包括数字滤波器设计工具箱(Digital Filter Design T oolbox)、滤波系统仿真工具箱(Filter Design and Analysis Toolbox )以及信号处理工具箱(Signal Processing Toolbox),可以设计数字滤波器的结构和参数,并实现Advanced Digital Filter Design。
二.数字滤波器介绍数字滤波器,也称计算滤波器,是指利用现代计算机中的数字回授技术来进行信号处理的方法,是对计算机处理信号的一种技术。
数字滤波器是模拟滤波器组成的数字信号处理系统,是将模拟的通全在一个硬件上实现的数字信号处理系统,它的功能比模拟滤波器更加强大。
目前它们已经应用于通信、声音、镜头、图像处理、仪器仪表、数据采集等领域。
三.MATLAB 中的滤波器设计(1)首先,MATLAB中提供了丰富的函数来实现滤波器设计工作。
其中最常用的函数有:a. firpm:有限冲激响应滤波器设计,支持线性和非线性过滤器设计。
b. butter:Butterworth低通和高通滤波器设计。
c. fir1:有限冲激响应低通和高通滤波器设计。
d. cheby1:Chebyshev第一类低通和高通滤波器设计。
(2) MATLAB还可以实现进阶的数字滤波器设计,用户可以用以下函数实现自动设计是否优化的滤波器:a. fda:设计优化低通滤波器b. fda2:设计优化定带滤波器c. fda3:设计优化双带和多带滤波器d. gfd:设计优化频谱均衡滤波器四.总结数字滤波器是一种应用广泛的信号处理技术,对于一些信号处理应用有着至关重要的作用。
MATLAB 可以简便的实现滤波器设计,并可以同时考虑多个优化目标,这些特性使其成为进行数字滤波器设计的理想工具。
MATLAB中的数字滤波器设计与实现
MATLAB中的数字滤波器设计与实现数字滤波器在信号处理中具有重要的作用,可用于去除噪声、滤波信号以及提取特定频率的成分。
MATLAB作为一种强大的数学软件,提供了多种数字滤波器设计和实现的工具,为工程师和科学家们提供了便捷而高效的解决方案。
本文将介绍MATLAB中数字滤波器的设计原理和实现方法,帮助读者更好地理解数字滤波器在实际应用中的重要性。
1. 数字滤波器的基本原理数字滤波器是一种能够改变信号频谱特性的系统,常用于消除噪声、去除不需要的频率成分或者提取感兴趣的信号成分。
数字滤波器分为FIR(有限长冲击响应)和IIR(无限长冲击响应)两种类型。
FIR滤波器的冲击响应为有限长序列,实现简单且稳定;IIR滤波器的冲击响应为无限长序列,具备更好的频率响应特性。
在MATLAB中,我们可以通过不同的函数和工具箱来设计这些数字滤波器。
2. FIR数字滤波器的设计与实现FIR数字滤波器的设计主要通过窗函数和频域采样进行。
MATLAB提供了一系列用于FIR滤波器设计的函数,如fir1、fir2等。
其中,fir1函数可以使用窗函数方法设计低通、高通、带通和带阻滤波器;fir2函数则可以实现自定义的频率响应。
具体设计步骤为:选择合适的窗函数、确定滤波器阶数和截止频率、生成滤波器系数。
设计完成后,可以通过filter函数将滤波器应用到目标信号上。
3. IIR数字滤波器的设计与实现IIR数字滤波器的设计方法主要有脉冲响应不变法和双线性变换法。
MATLAB提供了butter、cheby1、cheby2、ellip等函数来方便地实现IIR滤波器设计。
这些函数可以通过选择滤波器类型、阶数、截止频率等参数来生成相应的滤波器系数。
与FIR滤波器不同的是,IIR滤波器具有反馈结构,在MATLAB中可以使用filter函数来实现。
4. 数字滤波器的性能评估与优化正确评估和优化数字滤波器的性能对于滤波器的应用至关重要。
MATLAB提供了多种函数和工具箱来评估滤波器的频率响应、相位响应、时域响应等,如freqz、grpdelay、impz等。
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fir数字滤波器的设计
一、引言数字滤波器是数字信号处理中至关重要的组成部分,它能够对数字信号进行滤波处理,去除噪音和干扰,提取信号中的有效信息。
其中,fir数字滤波器作为一种常见的数字滤波器类型,具有稳定性强、相位响应线性等特点,在数字信号处理领域得到了广泛的应用。
本文将基于matlab软件,探讨fir数字滤波器的设计原理、方法和实现过程,以期能够全面、系统地了解fir数字滤波器的设计流程。
二、fir数字滤波器的基本原理fir数字滤波器是一种有限长冲激响应(finite impulse response, FIR)的数字滤波器,其基本原理是利用线性相位特性的滤波器来实现对数字信号的筛选和处理。
fir数字滤波器的表达式为:$$y(n) = \sum_{k=0}^{M}h(k)x(n-k)$$其中,y(n)为输出信号,x(n)为输入信号,h(k)为滤波器的系数,M为滤波器的长度。
fir数字滤波器的频率响应特性由其系数h(k)决定,通过设计合适的系数,可以实现对不同频率成分的滤波效果。
三、fir数字滤波器的设计方法fir数字滤波器的设计方法主要包括窗函数法、频率抽样法、最小最大法等。
在matlab中,可以通过信号处理工具箱提供的fir1函数和firls函数等来实现fir数字滤波器的设计。
下面将分别介绍这两种设计方法的基本原理及实现步骤。
1. 窗函数法窗函数法是fir数字滤波器设计中最为常见的方法之一,其基本原理是通过对理想滤波器的频率响应进行窗函数加权来满足设计要求。
在matlab中,可以使用fir1函数实现fir数字滤波器的设计,其调用格式为:h = fir1(N, Wn, type)其中,N为滤波器的阶数,Wn为滤波器的截止频率,type为窗函数的类型。
通过调用fir1函数,可以灵活地设计出满足特定要求的fir数字滤波器。
2. 频率抽样法频率抽样法是fir数字滤波器设计中的另一种重要方法,其基本原理是在频域上对理想滤波器的频率响应进行抽样,并拟合出一个最优的滤波器。
基于MATLAB的IIR数字滤波器设计与仿真
基于MATLAB的IIR数字滤波器设计与仿真一、概述在现代数字信号处理领域中,数字滤波器扮演着至关重要的角色。
其通过对输入信号的特定频率成分进行增强或抑制,实现对信号的有效处理。
无限脉冲响应(IIR)数字滤波器因其设计灵活、实现简单且性能优良等特点,得到了广泛的应用。
本文旨在基于MATLAB平台,对IIR数字滤波器的设计与仿真进行深入研究,以期为相关领域的研究与应用提供有益的参考。
IIR数字滤波器具有无限长的单位脉冲响应,这使得其在处理信号时能够展现出优秀的性能。
与有限脉冲响应(FIR)滤波器相比,IIR滤波器在实现相同性能时所需的阶数更低,从而减少了计算复杂度和存储空间。
在需要对信号进行高效处理的场合,IIR滤波器具有显著的优势。
MATLAB作为一款功能强大的数学软件,提供了丰富的函数和工具箱,使得数字滤波器的设计与仿真变得简单而高效。
通过MATLAB,我们可以方便地实现IIR滤波器的设计、分析和优化,从而满足不同应用场景的需求。
本文将首先介绍IIR数字滤波器的基本原理和特性,然后详细阐述基于MATLAB的IIR数字滤波器的设计方法和步骤。
接着,我们将通过仿真实验验证所设计滤波器的性能,并对其结果进行分析和讨论。
本文将总结IIR数字滤波器设计与仿真的关键技术和注意事项,为相关领域的研究人员和工程师提供有益的参考和启示。
1. IIR数字滤波器概述IIR(Infinite Impulse Response)数字滤波器是数字信号处理中常用的一类滤波器,它基于差分方程实现信号的滤波处理。
与FIR (Finite Impulse Response)滤波器不同,IIR滤波器具有无限长的单位脉冲响应,这意味着其输出不仅与当前和过去的输入信号有关,还与过去的输出信号有关。
这种特性使得IIR滤波器在实现相同的滤波效果时,通常具有更低的计算复杂度,从而提高了处理效率。
IIR滤波器的设计灵活多样,可以根据不同的需求实现低通、高通、带通和带阻等多种滤波功能。
数字滤波器的设计matlab
数字滤波器的设计matlab
数字滤波器的设计可以使用MATLAB中的fdatool或者直接使用代码实现。
具体步骤如下:
1. 确定滤波器的类型(低通、高通、带通、带阻)以及参数(截止频率、通带、阻带宽度等)。
2. 使用MATLAB中的fdatool进行滤波器的设计,可以手动调节参数并进行实时分析和优化,或者选择预设的滤波器模板进行修改。
3. 点击Export将滤波器参数导出至matlab代码中。
4. 使用生成的代码进行滤波器的实现,例如:
```
fs = 1000; %采样率
fc = 100; %截止频率
[b, a] = butter(6, fc/(fs/2)); %设计6阶巴特沃斯低通滤波器input_signal = sin(2*pi*50*(0:1/fs:1)); %输入信号
output_signal = filter(b, a, input_signal); %滤波结果
```
其中,b和a分别为滤波器的分子和分母系数,可以根据不同的设计方法得到,input_signal为需要进行滤波的信号,output_signal为滤波后的结果。
FIR滤波器的MATLAB设计与实现
FIR滤波器的MATLAB设计与实现FIR滤波器(Finite Impulse Response Filter)是一种数字滤波器,其特点是其响应仅由有限长度的序列决定。
在MATLAB中,我们可以使用信号处理工具箱中的函数来设计和实现FIR滤波器。
首先,需要明确FIR滤波器的设计目标,包括滤波器类型(低通、高通、带通、带阻)、通带和阻带的频率范围、通带和阻带的增益等。
这些目标将决定滤波器的系数及其顺序。
在MATLAB中,我们可以使用`fir1`函数来设计FIR滤波器。
该函数的使用方式如下:```matlabh = fir1(N, Wn, type);```其中,`N`是滤波器长度,`Wn`是通带边缘频率(0到0.5之间),`type`是滤波器的类型('low'低通、'high'高通、'bandpass'带通、'stop'带阻)。
该函数会返回一个长度为`N+1`的滤波器系数向量`h`。
例如,如果要设计一个采样频率为10kHz的低通滤波器,通带截止频率为2kHz,阻带频率为3kHz,可以使用以下代码:```matlabfc = 2000; % 通带截止频率h = fir1(50, fc/(fs/2), 'low');```上述代码中,`50`表示滤波器的长度。
注意,滤波器的长度越大,滤波器的频率响应越陡峭,但计算成本也更高。
在设计完成后,可以使用`freqz`函数来分析滤波器的频率响应。
例如,可以绘制滤波器的幅度响应和相位响应曲线:```matlabfreqz(h);```除了使用`fir1`函数外,MATLAB还提供了其他函数来设计FIR滤波器,如`fir2`、`firpm`、`firls`等,具体使用方式可以参考MATLAB的文档。
在实际应用中,我们可以将FIR滤波器应用于音频处理、图像处理、信号降噪等方面。
例如,可以使用FIR滤波器对音频信号进行去噪处理,或者对图像进行锐化处理等。
数字滤波器的设计及其MATLAB实现
设计低通数字滤波器,要求在通带内频率低于0.2pirad时,允许幅度误差在1dB以内,在频率0.3pi rad~pi rad之间的阻带衰减大于15dB,用脉冲响应不变法设计数字滤波器,T=1: 切比雪夫I型模拟滤波器的设计子程序:function [b,a]=afd_chb1(Omegap,Omegar,Ar)if Omegap<=0error('通带边缘必须大于0')endif(Dt<=0)|(Ar<0)error('通带波动或阻带衰减必须大于0');endep=sqrt(10^(Dt/10)-1);A=10^(Ar/20);OmegaC=Omegap;OmegaR=Omegar/Omegap;g=sqrt(A*A-1)/ep;N=ceil(log10(g+sqrt(g*g-1))/log10(OmegaR+sqrt(OmegaR*OmegaR-1)));fprintf('\n***切比雪夫I型模拟低通滤波器阶数=%2.0f\n',N);[b,a]=u_chblap(N,Dt,OmegaC);设计非归一化切比雪夫I型模拟低通滤波器原型程序:function [b,a]=u_chblap(N,Dt,OmegaC)[z,p,k]=cheb1ap(N,Dt);a=real(poly(p));aNn=a(N+1);p=p*OmegaC;a=real(poly(p));aNu=a(N+1);k=k*aNu/aNn;b0=k;B=real(poly(z));b=k*B;直接形式转换成级联形式子程序:function [C,B,A]=sdir2cas(b,a)Na=length(a)-1;Nb=length(b)-1;b0=b(1);b=b/b0;a0=a(1);a=a/a0;C=b0/a0;p=cplxpair(roots(a));K=floor(Na/2);if K*2==NaA=zeros(K,3);for n=1:2:NaArow=p(n:1:n+1,:);Arow=poly(Arow);A((fix(n+1)/2),:)=real(Arow);elseif Na==1A=[0 real(poly(p))];elseA=zeros(K+1,3);for n=1:2:2*KArow=p(n:1:n+1,:);Arow=poly(Arow);A((fix(n+1)/2),:)=real(Arow);endA(K+1,:)=[0 real(poly(p(Na)))];endz=cplxpair(roots(b));K=floor(Nb/2);if Nb==0B=[0 0 poly(z)];elseif K*2==NbB=zeros(K,3);for n=1:2:NbBrow=z(n:1:n+1,:);Brow=poly(Brow);B((fix(n+1)/2),:)=real(Brow);endelseif Nb==1B=[0 real(poly(z))];elseB=zeros(K+1,3);for n=1:2:2*KBrow=z(n:1:n+1,:);Brow=poly(Brow);B((fix(n+1)/2),:)=real(Brow);endB(K+1,:)=[0 real(poly(z(Nb)))];End计算系统函数的幅度响应和相位响应子程序:function [db,mag,pha,w]=freqs_m(b,a,wmax)w1=0:500;w=w1*wmax/500;h=freqs(b,a,w);mag=abs(h);db=20*log10((mag+eps)/max(mag));pha=angle(h);脉冲响应不变法程序:function [b,a]=imp_invr(c,d,T)[R,p,k]=residue(c,d);p=exp(p*T);[b,a]=residuez(R,p,k);b=real(b).*T;数字滤波器响应子程序:function [db,mag,pha,grd,w]=freqz_m(b,a);[H,w]=freqz(b,a,1000,'whole');H=(H(1:501))';w=(w(1:501))';mag=abs(H);db=20*log10((mag+eps)/max(mag));pha=angle(H);grd=grpdelay(b,a,w);直接转换成并联型子程序:function [C,B,A]=dir2par(b,a)M=length(b);N=length(a);[r1,p1,C]=residuez(b,a);p=cplxpair(p1,10000000*eps);x=cplxcomp(p1,p);r=r1(x);K=floor(N/2);B=zeros(K,2);A=zeros(K,3);if K*2==Nfor i=1:2:N-2br=r(i:1:i+1,:);ar=p(i:1:i+1,:);[br,ar]=residuez(br,ar,[]);B((fix(i+1)/2),:)real(br');A((fix(i+1)/2),:)real(ar');end[br,ar]=residuez(r(N-1),p(N-1),[]);B(K,:)=[real(br') 0];A(K,:)=[real(ar') 0];elsefor i=1:2:N-1br=r(i:1:i+1,:);ar=p(i:1:i+1,:);[br,ar]=residuez(br,ar,[]);B((fix(i+1)/2),:)real(br);A((fix(i+1)/2),:)real(ar);endEnd比较两个含同样标量元素但(可能)有不同下标的复数对及其相位留数向量子程序:function I=cplxcomp(p1,p2)I=[];for i=1:length(p2)for j=1:length(p1)if(abs(p1(j)-p2(i))<0.0001)I=[I,j];endendendI=I';双线性变换巴特沃斯低通滤波器设计:巴特沃思模拟滤波器的设计子程序:function [b,a]=afd_butt(wp,ws,Rp,rs)if wp<=0error('通带边缘必须大于0');endif ws<=wperror('阻带边缘必须大于通带边缘');endif(Rp<=0)|(Rs<0)error('通带波动或阻带衰减必须大于0');endN=ceil((log10((10^(Rp/10)-1)/(10^(Rs/10)-1)))/(2*log10(wp/ws))); fprintf('\n***Butterworth Filter Order=%2.0f\n',N);OmegaC=wp/((10^(Rp/10)-1)^(1/(2*N)));[b,a]=u_buttap(N,OmegaC)设计非归一化巴特沃思模拟低通滤波器原型子程序:function [b,a]=u_buttap(N,OmegaC)[z,p,k]=buttap(N);p=p*OmegaC;k=k*OmegaC^N;B=real(poly(z));b0=k;b=k*B;a=real(poly(p));直接型到级联型形式的转换:function [b0,B,A]=dir2cas(b,a)b0=b(1);b=b/b0;a0=a(1);a=a/a0;b0=b0/a0;M=length(b);N=length(a);if N>Mb=[b,zeros(1,N-M)];a=[a,zeros(1,M-N)];elseNM=0;endk=floor(N/2);B=zeros(k,3);A=zeros(k,3);if k*2==Nb=[b,0];a=[a,0];endbroots=cplxpair(roots(b));aroots=cplxpair(roots(a));for i=1:2:2*kbr=broots(i:1:i+1,:);br=real(polt(br));B((fix(i+1)/2),:)=br;ar=aroots(i:1:i+1,:);ar=real(polt(ar));A((fix(i+1)/2),:)=ar;Endfunction [db,mag,pha,grd,w]=freqz_m(b,a)[h,w]=freqz(b,a,1000,'whole');h=(h(1:501))';w=(w(1:501))';mag=abs(h);db=20*log10((mag+eps)/max(mag));pha=angle(h);grd=grdelay(b,a,w);设计一个巴特沃思高通滤波器,要求通带截止频率为0.6pi,通带内衰减不大于1dB,阻带·起始频率为0.4pi,阻带内衰减不小于15dB,T=1:>> wp=0.6*pi;ws=0.4*pi;>> Rp=1;Rs=15;T=1;>> [N,wn]=buttord(wp/pi,ws/pi,Rp,Rs) 计算巴特沃思滤波器阶数和截止频率N =4wn =>> [b,a]=butter(N,wn,'high'); 频率变换法计算巴特沃思高通滤波器>> [C,B,A]=dir2cas(b,a)C =0.0751B =1.0000 -2.0000 1.00001.0000 -2.0000 1.0000A =1.0000 0.1562 0.44881.0000 0.1124 0.0425>> [db,mag,pha,grd,w]=freqz_m(b,a);>> subplot(2,1,1);plot(w/pi,mag);>> subplot(2,1,2);plot(w/pi,db);椭圆带通滤波器的设计--ellip函数的应用:>> ws=[0.3*pi 0.75*pi]; 数字阻带边缘频率>> wp=[0.4*pi 0.6*pi]; 数字通带边缘频率>> Rp=1;Rs=40;>> Ripple=10^(-Rp/20); 通带波动>> Attn=10^(-Rs/20); 阻带衰减>> [N,wn]=ellipord(wp/pi,ws/pi,Rp,Rs) 计算椭圆滤波器参数N =4wn =0.4000 0.6000>> [b,a]=ellip(N,Rp,Rs,wn); 数字椭圆滤波器的设计>> [b0,B,A]=dir2cas(b,a) 级联形式实现b0 =0.0197B =1.0000 1.5066 1.00001.0000 0.9268 1.00001.0000 -0.9268 1.00001.0000 -1.5066 1.0000A =1.0000 0.5963 0.93991.0000 0.2774 0.79291.0000 -0.2774 0.79291.0000 -0.5963 0.9399>> figure(1);>> [db,mag,pha,grd,w]=freqz_m(b,a);>> subplot(2,2,1);plot(w/pi,mag);>> grid on;>> subplot(2,2,3);plot(w/pi,db);grid on;>> subplot(2,2,2);plot(w/pi,pha/pi);grid on;>> subplot(2,2,4);plot(w/pi,grd);设计一个巴特沃思带阻滤波器,要求通带上下截止频率为0.8pi、0.2pi,通带内衰减不大于1dB,阻带上起始频率为0.7pi、0.4pi,阻带内衰减不小于30dB:>> wp=[0.2*pi 0.8*pi];>> ws=[0.4*pi 0.7*pi];>> Rp=1;Rs=30;>> [N,wn]=buttord(wp/pi,ws/pi,Rp,Rs);>> [b,a]=butter(N,wn,'stop');>> [C,B,A]=dir2cas(b,a)C =0.0394B =1.0000 0.3559 0.99941.0000 0.3547 1.00401.0000 0.3522 0.99541.0000 0.3499 1.00461.0000 0.3475 0.99601.0000 0.3463 1.0006A =1.0000 1.3568 0.79281.0000 1.0330 0.46331.0000 0.6180 0.17751.0000 -0.2493 0.11131.0000 -0.6617 0.37551.0000 -0.9782 0.7446>> [db,mag,pha,grd,w]=freqz_m(b,a); >> subplot(2,1,1);plot(w/pi,mag);>> subplot(2,1,2);plot(w/pi);数字低通---数字带阻:function [bz,az]=zmapping(bZ,aZ,Nz,Dz) bzord=(length(bZ)-1)*(length(Nz)-1); azord=(length(aZ)-1)*(length(Dz)-1);bz=zeros(1,bzord+1);for k=0:bzordpln=[1];for i=0:k-1pln=conv(pln,Nz);endpld=[1];for i=0:bzord-k-1pld=conv(pld,Dz);endbz=bz+bZ(k+1)*conv(pln,pld); endfor k=0:azordpln=[1];for i=0:k-1pln=conv(pln,Nz);endpld=[1];for i=0:azord-k-1pld=conv(pld,Dz);endaz=az+aZ(k+1)*conv(pln,pld); endall=az(1);az=az/az1;bz=bz/az1;线性相位FIR滤波器的幅度特性:function pzkplot(num,den)hold on;axis('square');x=-1:0.01:1;y=(1-x.^2).^0.5;y1=-(1-x.^2).^0.5;plot(x,y,'b',x,y1,'b');num1=length(num);den1=length(den);if(num1>1)z=roots(num);elsez=0;endif(den1>1)p=roots(den);elsep=0;endif(num>1&den1>1)r_max_z=max(abs(real(z)));i_max_z=max(abs(imag(z)));a_max_z=max(r_max_z,i_max_z);r_max_p=max(abs(real(p)));i_max_p=max(abs(imag(p)));a_max_p=max(r_max_p,i_max_p);a_max=max(a_max_z,a_max_p);elseif (num1>1)r_max_z=max(abs(real(z)));i_max_z=max(abs(imag(z)));a_max=max(r_max_z,i_max_z);elser_max_p=max(abs(real(p)));i_max_p=max(abs(imag(p)));a_max=max(r_max_p,i_max_p);endaxis([-a_max a_max -a_max a_max]);plot([-a_max a_max],[0 0],'b');plot([0 0],[-a_max a_max],'b');plot([-a_max a_max],[a_max a_max],'b');plot([a_max a_max],[-a_max a_max],'b');Lz=length(z);for i=1:Lz;plot(real(z(i)),imag(z(i)),'bo');endLp=length(p);for j=1:Lpplot(real(p(j)),imag(p(j)),'bx');endtitle('The zeros-pole plot');xlabel('虚部');ylabel('实部');function [Hr,w,a,L]=Hr_Type1(h)M=length(h);L=(M-1)/2;a=[h(L+1) 2*h(L:-1:1)];n=[0:1:L];w=[0:1:500]'*pi/500;Hr=cos(w*n)*a';设计I型线性相位FIR滤波器:>> h=[-4 1 -1 -2 5 6 5 -2 -1 1 -4];>> M=length(h);n=0:M-1;>> [Hr,w,a,L]=Hr_Type1(h);>> amax=max(a)+1;>> amin=min(a)-1;>> subplot(2,2,1);stem(n,h);>> axis([-1 2*L+1 amin amax]);text(2*L+1.5,amin,'n'); >> xlabel('n');ylabel('h(n)');title('脉冲响应');>> subplot(2,2,3);stem(0:L,a);>> axis([-1 2*L+1 amin amax]);>> xlabel('n');ylabel('a(n)');title('a(n) 系数');>> subplot(2,2,2);plot(w/pi,Hr);>> grid on;text(1.05,-20,'频率pi');>> xlabel('频率');ylabel('Hr');title('I 型振幅响应');>> subplot(2,2,4);pzkplot(h,1);>> title('零极点分布');function [hr,w,b,L]=Hr_Type2(h)M=length(h);L=M/2;b=2*h(L:-1:1);n=[1:1:L];n=n-0.5;w=[0:1:500]'*pi/500;hr=cos(w*n)*b';II型线性相位FIR滤波器:>> h=[-4 1 -1 -2 5 6 5 -2 -1 1 -4];>> M=length(h);n=0:M-1;>> [Hr,w,b,L]=Hr_Type2(h);Warning: Integer operands are required for colon operator when used as index. > In Hr_Type2 at 2>> bmax=max(b)+1;bmin=min(b)-1;>> subplot(2,2,1);stem(n,h);axis([-1 2*L+1 bmin bmax]);text(2*L+1.5,bmin,'n');xlabel('n');ylabel('h(n)');title('脉冲响应');>> subplot(2,2,3);stem(1:L,b);axis([-1 2*L+1 bmin bmax]);xlabel('n');ylabel('b(n)');title('b(n) 系数');>> subplot(2,2,2);plot(w/pi,Hr);grid on;text(1.05,-20,'频率pi');xlabel('频率');ylabel('Hr');title('II 型振幅响应');>> subplot(2,2,4);pzkplot(h,1);title('零极点分布');function [hr,w,c,L]=Hr_Type3(h)M=length(h);L=(M-1)/2;b=2*h(L+1:-1:1);n=[1:1:L];w=[0:1:500]'*pi/500;hr=cos(w*n)*c';用MA TLAB编程绘制各种窗函数的形状。
数字滤波器的设计(MATLAB仿真)
2012-5-9
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图形:
0 Magnitude (dB) -20
-40
-60
0
100
200
300
400 500 600 Frequency (Hz)
700
800
900
1000
0 Phase (degrees) -20 -40 -60 -80 -100 0 100 200 300 400 500 600 Frequency (Hz) 700 800 900 1000
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24
得出结果: b= 0.2774 -0.0460 -0.0761 0.1008 -0.0571 0.1488 0.1262 -0.3949 -0.0783 0.0512 0.0270
a= 1.0000 -0.0185 0.2372 -0.0633 0.4144 0.1727 0.0393 0.0629 0.3588 0.0496 0.1016
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得出结果: N= 2 wn = 0.6630 b= 0.1578 -0.3155 a= 1.0000 0.6062 0.2373 0.1578
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图形:
0 Magnitude (dB) -50
-100
0
50
100
150
200 250 300 Frequency (Hz)
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设计一个带通Chebyshev II型数字滤波 器,满足:通带边界频率为100-200赫兹; 过渡带宽为30赫兹,通带波纹小于3dB, 阻带衰减大于30dB;采样频率为1000赫 兹。
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iir数字滤波器的设计matlab
iir数字滤波器的设计matlab摘要:1.IIR数字滤波器简介2.MATLAB在IIR数字滤波器设计中的应用3.设计实例与分析4.结论正文:一、IIR数字滤波器简介IIR(无限脉冲响应)数字滤波器是数字信号处理中的重要组成部分,其设计方法与模拟滤波器设计密切相关。
在设计IIR数字滤波器时,需要确定采样间隔或采样频率,将数字滤波器的指标转化为模拟滤波器的指标,然后根据模拟滤波器的指标设计模拟滤波器。
最后,通过冲激响应不变法和双线性变换法,将模拟滤波器的冲激响应转化为数字滤波器的冲激响应。
二、MATLAB在IIR数字滤波器设计中的应用MATLAB以其强大的计算和仿真能力,在数字滤波器设计中得到了广泛的应用。
设计师可以利用MATLAB的函数和工具箱,方便地实现IIR数字滤波器的设计、仿真和分析。
三、设计实例与分析以下是一个基于MATLAB的IIR数字滤波器设计实例:1.确定设计指标:通带截止频率为1kHz,阻带截止频率为2kHz,通带波纹小于1dB,阻带衰减大于40dB。
2.利用MATLAB的函数,如freqz、butter等,设计模拟低通滤波器。
3.将模拟滤波器的参数转化为数字滤波器的参数,如采样频率、阶数等。
4.利用MATLAB的函数,如impulse、bode等,对数字滤波器进行仿真和分析。
四、结论通过以上实例,可以看出MATLAB在IIR数字滤波器设计中的重要作用。
它不仅提供了方便的设计工具,还能实时地展示滤波器的性能,大大提高了设计效率和精度。
此外,IIR数字滤波器的设计方法和MATLAB的应用也可以推广到其他数字信号处理领域,如音频处理、图像处理等。
matlab 信号过fir数字滤波器设计
一、概述Matlab 是一种用于算法开发、数据分析和可视化的高级技术计算语言和交互式环境。
在信号处理领域,Matlab 是一种非常强大的工具,可以用来设计和实现数字滤波器。
本文将重点介绍如何使用 Matlab 过FIR (Finite Impulse Response) 数字滤波器设计。
二、FIR 数字滤波器概述FIR 数字滤波器是一种常见的数字滤波器,它的特点是其单位脉冲响应有限,并且没有反馈。
FIR 滤波器的频率响应可以通过其线性相位特性来描述,因此在许多应用中非常有用。
三、Matlab 中的 FIR 数字滤波器设计工具Matlab 中提供了许多用于数字滤波器设计的工具,其中包括 fdatool 和 fir1 函数。
1. fdatoolfdatool 是 Matlab 中的一个交互式工具,可以帮助用户设计各种类型的数字滤波器。
用户可以通过图形界面选择滤波器类型、滤波器阶数、截止频率等参数,并实时查看滤波器的频率响应和单位脉冲响应。
使用 fdatool 可以快速方便地设计出所需的 FIR 数字滤波器。
2. fir1 函数fir1 函数是 Matlab 中用于设计标准的低通、高通、带通和带阻 FIR数字滤波器的函数。
用户可以通过指定滤波器类型、截止频率、滤波器阶数等参数来调用 fir1 函数,从而得到所需的数字滤波器的系数。
四、利用 Matlab 设计 FIR 数字滤波器的步骤1. 确定滤波器类型首先要确定所需的数字滤波器的类型,包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。
2. 确定滤波器的频率特性根据具体的应用需求,确定滤波器的截止频率、通带和阻带的大小,以及过渡带的宽度等参数。
3. 计算滤波器的系数根据所需的滤波器类型、频率特性和滤波器阶数等参数,使用 fdaool 工具或 fir1 函数计算出滤波器的系数。
4. 应用滤波器将得到的滤波器系数应用到需要滤波的信号上,即可得到滤波后的信号。
MATLAB数字滤波器的设计
MATLAB数字滤波器的设计一、数字滤波器设计数字滤波器就是由数字乘法器、加法器和延时单位组成的一种装置。
它的作用是对输入离散信号的数字代码进行运算处理,从而达到改变信号频谱的目的。
数字滤波器可以用计算机软件实现或者大规模集成数字硬件实时实现。
在数字滤波器处理模拟信号的时候,先要对输入的模拟信号进行限带、抽样和模数转换。
数字滤波器输入信号的抽样率要大于信号带宽的两倍,它的频率响应还要具有以抽样频率为间隔的周期重复特性,并且它还要以1/2抽样频率点呈镜像对称。
数字滤波器具有高精度、高可靠性、可控制改变特性、便于集成等优点。
现在数字滤波器的使用范围比较广,例如,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。
数字滤波器有低通、高通、带通、带阻和全通等类型。
函数butter可用于设计Butterworth滤波器,butter函数可以设计低通、高通、带通和带阻的数字和模拟滤波器,用butter函数设计的滤波器通带内的幅度响应最大限度的平滑,但损失了截止频率处的下降斜度。
函数chebyl可用于设计Chebyshev I型滤波器,chebyl函数可以设计低通、高通、带通和带阻的数字和模拟Chebyshev I型滤波器,用chebyl函数设计的Chebyshev I型滤波器的通带内为等波纹,它的阻带内为单调。
Chebyshev I型滤波器的下降斜度比Chebyshev II型的要大,但是Chebyshev II的代价是通带内波纹比较大。
除了典型设计以外,MATLAB信号处理工具箱提供了几个直接设计IIR数字滤波器的函数,直接调用就可以设计滤波器,这为设计通用滤波器提供了方便。
在MATLAB中设计IIR滤波器时要设计出巴特沃斯滤波器可以使用Butterworth函数,要设计契比雪夫I型滤波器时可以使用Cheby1函数,设计契比雪夫II型滤波器要使用Cheby2,而椭圆滤波器则需要ellipord函数。
如何在Matlab中实现数字滤波器设计
如何在Matlab中实现数字滤波器设计数字滤波器是一种用于信号处理和数据处理的重要工具,可以帮助我们去除噪声、增强信号等。
在Matlab这个强大的软件平台上,实现数字滤波器设计变得相对简单。
本文将从数字滤波器的原理入手,介绍如何在Matlab中使用不同的设计方法来实现数字滤波器设计。
第一部分:数字滤波器的基本原理数字滤波器是对离散时间信号进行滤波处理的一种系统,其基本原理是通过去除频率响应中不需要的频率分量来实现滤波效果。
数字滤波器可以分为两种类型:有限长冲激响应(FIR)滤波器和无限长冲激响应(IIR)滤波器。
FIR滤波器是一种以线性时不变(LTI)系统为基础的滤波器,其特点是相对稳定,不会产生极点,因此设计相对简单。
而IIR滤波器由于其非线性特性,可以实现更复杂的频率响应,但相应的设计也更加复杂。
第二部分:数字滤波器设计方法2.1 频率采样法频率采样法是一种常用的数字滤波器设计方法,它通过在模拟频域上选择一组点,然后将这些点映射到数字频域上,从而实现频率响应的采样。
在Matlab中可以使用freqz函数来实现频率采样法设计数字滤波器。
2.2 窗函数法窗函数法是一种简单有效的数字滤波器设计方法,它通过将理想滤波器的频率响应与窗函数相乘,来实现数字滤波器的设计。
常用的窗函数包括矩形窗、汉宁窗、汉明窗等。
在Matlab中可以使用fir1函数来实现窗函数法设计FIR滤波器。
2.3 最小均方误差法最小均方误差法是一种优化方法,通过最小化滤波器的输出与期望输出之间的均方误差来设计数字滤波器。
在Matlab中可以使用firls函数来实现最小均方误差法设计FIR滤波器。
2.4 IRLS法IRLS法是一种通过迭代重新加权最小二乘法来设计数字滤波器的方法。
在Matlab中可以使用firls函数来实现IRLS法设计FIR滤波器。
第三部分:示例演示接下来,我们将通过一个具体的示例来演示如何使用Matlab来实现数字滤波器设计。
基于MATLAB的数字滤波器的设计与仿真
一、课题简介本课题是基于MATLAB的数字滤波器的设计与仿真,采用MATLAB软件设计与仿真。
有限冲击响应数字滤波器(FIR)具有突出的优点:系统总是稳定的、易于实现线性相位、允许设计多通带(或多阻带)滤波器。
首先在了解有限冲击响应数字滤波器的基本概念和数学模型的前提下,给出有限冲击响应数字滤波器具有线性相位的条件,以及有限冲击响应数字滤波器的各种结构及其特点。
其次,由于在实际工程设计限冲击响应数字滤波的时候,窗函数设计法和频率采样法都存在设计精度不高,运算量大,边缘频率不容易确定的缺点。
而优化设计法恰能弥补上述方法的不足,能很好的逼近理想数字滤波器。
最后,在Simulink环境下建立一个数字滤波器系统仿真模型,用优化设计法和频率采样法分别设计相同指标的滤波器。
把原始信号和干扰信号同时输入,两种方法设计的滤波器分别在仿真模型中滤除干扰。
以仿真图的形式直观的给出滤波器的性能。
二、设计过程⒈有限长单位冲激响应(FIR)滤波器的基本结构⑴直接型:如图1-1可以看出直接型结构共需要N个乘法器,若系数不对称则不能设计线性相位。
图1-1 FIR滤波器的直接型结构⑵级联型:将H(z)分解成实系数二阶因子的乘积形式(1.1)这种结构的每一节控制一对共轭极点,因此调整传输零点方便,但是这种结构所需的系数和所需的乘法运算比直接型多,所以这种结构使用的比较少。
图1-2 FIR滤波器的级联型结构⑶频率抽样型:把一个有限长序列(长度为N点)的z变换H (z)在单位圆上作N等分抽样,就得到H(k),其主值序列就等于h(n)的离散傅里叶变换H(k)。
用H (k)表示的H(z)的内插公式为(1.2)(1.3)其中为梳状滤波器,为谐振器。
谐振器的极点正好与梳状滤波器的零点相抵消,保证了网络的稳定性。
N个并联谐振器与梳状滤波器级联后,得到图1-3的频率抽样结构。
图1-3 FIR滤波器的频率抽样型结构2.FIR数字滤波器的设计方法2.1窗函数设计法流程图如2-1所示:图2-1窗函数设计流程常用的窗函数有:矩形窗、汉宁窗、海明窗、布莱克曼窗、凯塞窗、三角窗等。
基于MATLAB环境的数字滤波器的设计与仿真
基于MATLAB环境的数字滤波器的设计与仿真摘要:数字滤波器是数字信号处理中最重要的工具之一。
在许多科学技术领域中广泛采用数字滤波器进行信号处理。
数字滤波器分为两类,即有限脉冲响应滤波器(FIR)和无限脉冲响应滤波器(IIR)。
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。
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。
本文针对在实际设计中要大量应用数字滤波器这一现实,对数字滤波器的基本理论、性能特点、设计方法进行了全面的分析,特别是对有限冲击响应数字滤波器(FIR)的设计进行了深入的探讨。
文章运用了MA TLAB仿真手段对数字滤波器的设计理论和设计方法方法进行了研究。
论文主要包括数字滤波器以及MATLAB在信号处理方面的概述,FIR数字滤波器设计方法的介绍,MATLAB语言仿真,以及最终结论。
本论文所采用的研究方法是仿真比较,介绍了常用滤波器的设计方法,通过MATLAB软件对各种方法分别实现仿真,然后对仿真结果进行比较。
通过对数字滤波器的理论研究为今后的实践奠定理论基础。
关键词:数字滤波器;FIR滤波器;MATLAB;仿真Design and Simulation of Digital FilterBased On MATLABAbstract: Digital filter is one of the most important parts of digital signal processing. In many fields of science and technology, it is widely used for digital signal processing. Digital filter includes finite impulse response filter(FIR) and infinite impulse response filter(IIR).Digital wave filter is a kind of installation that forms by digital multiplier, adder and the unit of delay time. Its function is to carry out operational handling for inputting the digital code of dispersed signal in order to reach the purpose that changes signal frequency spectra. Because of the development of the computer technical circuit of large scale integration digital wave filter can already realize with computer software, can also realize with the digital hardware real time of large scale integration. Digital wave filter is a dispersed time system. As digital filters, in particular FIR filters, are widely used in modern designs, this dissertation comprehensively anglicized fir’s basic theory, characters and design methodologies.In this paper, MATLAB simulation is employed to study the design theory and methods of digital filter. The summary of digital filter and MATLAB language are introduced. Method of FIR filter design, results of MATLAB simulation are described in detail as well. The common design methods of digital filter are simulated with MATLAB to find the result that I need before. It is hope that it can provide a reference for future appliance.Key Words: digital filter;FIR filter;MATLAB;simulation第一章绪论1.1 数字滤波器的现状及发展数字滤波器按单位脉冲响应的性质可分为无限长单位脉冲响应滤波器IIR和有限长单位脉冲响应滤波器FIR两种。
MATLAB中的数字滤波器设计与实现技巧
MATLAB中的数字滤波器设计与实现技巧引言:数字滤波器在信号处理和通信领域中扮演着重要角色。
在工程实践中,经常需要使用数字滤波器对信号进行去噪、滤波和频谱分析等处理。
MATLAB作为一种常用的数学软件,提供了丰富的函数和工具箱,使数字滤波器的设计和实现变得简单而高效。
本文将介绍在MATLAB中数字滤波器设计与实现的一些重要技巧。
一、数字滤波器的基本知识在深入介绍MATLAB中数字滤波器的设计和实现技巧之前,我们先来了解一些数字滤波器的基本知识。
数字滤波器可以分为FIR滤波器和IIR滤波器两大类。
FIR滤波器是一种线性相位滤波器,其系统函数只包含零点,没有极点;而IIR滤波器则是一种既包含零点又包含极点的滤波器。
数字滤波器的设计过程主要包括滤波器类型的选择、滤波器阶数的确定和滤波器系数的计算。
常见的滤波器类型有低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器等。
二、MATLAB中的数字滤波器设计函数MATLAB提供了许多用于数字滤波器设计的函数和工具箱,其中最常用的是Signal Processing Toolbox。
这里我们介绍几个常用的数字滤波器设计函数。
1. fir1函数fir1函数用于设计FIR滤波器,可以设计各种类型的低通、高通、带通和带阻滤波器。
该函数使用了窗函数法和频域采样法。
对于fir1函数,用户需要指定滤波器阶数和截止频率等参数。
2. fir2函数fir2函数也是用于设计FIR滤波器的函数,不同于fir1函数,fir2函数是基于频率采样法。
用户需要提供一个频率向量和一个幅度响应向量作为输入参数,fir2函数会自动生成滤波器的系数。
3. butter函数butter函数用于设计IIR滤波器,是一种常用的模拟滤波器设计方法。
该函数使用了双线性变换将模拟滤波器转换为数字滤波器。
用户需要指定滤波器阶数和截止频率等参数。
三、数字滤波器设计的实现步骤在MATLAB中,实现数字滤波器的设计可以按照以下步骤进行。
数字滤波器的MATLAB设计与仿真及在DSP上的实现
数字滤波器的MATLAB设计与仿真及在DSP上的实现数字滤波器的MATLAB设计与仿真及在DSP上的实现概述:数字滤波器是数字信号处理(DSP)中的重要组成部分,常用于信号去噪、频率选择、滤波等应用。
本文将介绍数字滤波器的设计、仿真以及在DSP上的实现。
我们将使用MATLAB软件进行数字滤波器设计和仿真,并利用DSP芯片进行实现。
第一部分:数字滤波器的设计与仿真1. 信号基础知识在设计数字滤波器之前,我们需要了解信号的基础知识,如信号的采样率、带宽、频率等。
这些基础知识将有助于我们选择合适的滤波器类型和参数。
2. 滤波器类型数字滤波器可以分为两大类别:无限冲激响应(IIR)滤波器和有限冲激响应(FIR)滤波器。
IIR滤波器具有无限的冲激响应,因此可以实现更为复杂的频率响应特性;而FIR滤波器降低了系统的非线性,同时具有线性相位特性,适用于需要精确延迟的应用。
3. 滤波器设计方法常用的数字滤波器设计方法包括窗函数法、最小二乘法和频率抽取法等。
根据具体的应用需求,我们可以选择合适的设计方法,并通过MATLAB进行滤波器的设计和参数调整。
4. 滤波器性能评估在设计完成后,我们需要评估数字滤波器的性能。
常见的评价指标包括滤波器的频率响应、幅频特性、相频特性、群延迟等。
通过MATLAB的仿真,我们可以直观地观察并分析滤波器的性能。
第二部分:数字滤波器在DSP上的实现1. DSP概述数字信号处理器(DSP)是一种专门设计用于处理数字信号的微处理器。
与通用微处理器相比,DSP具有更高的运算速度和更低的功耗,适用于实时信号处理应用。
2. DSP开发环境搭建为了实现数字滤波器的DSP上的实现,我们首先需要搭建DSP开发环境。
选择合适的DSP芯片,安装开发工具,编写代码并进行调试。
在本文中,我们以TMS320F28335为例,使用CCS开发工具进行开发。
3. 数字滤波器的DSP实现根据数字滤波器的设计结果,我们可以将其转化为DSP上的实现代码。
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高级数字滤波器设计及Matlab 实现
利用Parks-McClellan 算法设计线性相位FIR 滤波器
一、
算法原理
长度为2n+1的线性相位数字滤波器的传输函数为:20
()n
k
k
k G z h
Z
-==
∑。
当
Z=exp(j T ω)=exp(2j F π)时,可得到频率响应:
()exp(2)cos 2n
k k G F j nF d k F ππ==-∑
exp(2)()j F H F π=-
其中2n k k d h -=,k=0,……,n-1,0n d h =
max ()()()W F D F H F -
对于一个理想的低通滤波器上式中的H(F)可以表示为:
误差加权函数:
允许设计者自己给定通带和阻带内的误差范围。
令p s B B A = ,设计长度为2n+1的线性相位低通滤波器只要找到k d 并使得m a x ()()()W F D F H F -最小。
设空间A 是[0,1/2]的封闭子空间,为了使0
()cos 2n
k
k H F d
kF
π==
∑是D(F)
在A 上唯一的最佳逼近,加权误差方程()()[()()]E F W F D F H F =-在A 上至少要有n+2个交错点。
因此1()()i i E F E F E -=-=±,011,n i F F F F A +<∈ ,
max ()E E F =。
算法的流程如图1所示。
对于给定的n+2个频率点,需要计算n+2个方程:
()(()())(1)k k
k k W F H F D F ρ-=--
写成矩阵的形式就是:
图 1.
0000001
1
1
1
1011
1
1
1
11
1cos 2cos 4cos 2()()11cos 2cos 4cos 2()()()(1)1cos 2cos 4cos 2()n n n n n n n F F nF W F d D F d F F nF D F W F d D F F F nF W F ππππππρπππ++++++⎡⎤
⎢⎥⎡⎤
⎢⎥
⎡⎤
⎢⎥-⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎢⎥-⎣⎦
⎢⎥⎢⎥⎣
⎦
通过该方程组可得:
其中:
利用拉格朗日插值公式可得:
这里
利用求得的H(F)求出误差函数E(F)。
如果对所有的频率都有()E F ρ≤,说明ρ是纹波极值,交错频率点121,n F F F + 是交错频率点。
若存在某些频率使得()E F ρ>,说明初始交错点组中的某些点需要交换。
对于上次确定的121,n F F F + 中每一点,都检查其附近是否存在某一频率
()E F ρ>,如果有再在该点附近找出局部极值点,并用该,点代替原来的
点。
待所有点都检查过后,得到新的交错点组。
然后重新求出ρ,H(F),E(F)再做一次比较。
重复上述步骤,ρ最后收敛到自己的上限此时H(F)就是D(F)的最佳逼近。
由最后一组121,n F F F + 算H(F)。
二、
编程仿真
设计一个低通滤波器,Fp 为500Hz ,Fs 为600Hz ,通带波纹为3dB,阻带波纹为40dB 。
rp = 3; rs = 40; fs = 2000; f = [500 600]; a = [1 0];
dev = [(10^(rp/20)-1)/(10^(rp/20)+1) 10^(-rs/20)]; [n,fo,ao,w] = firpmord(f,a,dev,fs); b = firpm(n,fo,ao,w); freqz(b,1,1024,fs);
title('Lowpass Filter Designed to Specifications');
010*******
4005006007008009001000
-1500
-1000
-500
Frequency (Hz)
P h a s e (d e g r e e s )
010*******
4005006007008009001000
-100
-50
50Frequency (Hz)
M a g n i t u d e (d B )
Lowpass Filter Designed to Specifications
三、 参考文献
[1] T.W. Parks and J.H. McClellan, “Chebyshev approximation for nonrecursive digital filters with linear phase,’’ IEEE Trans. Circuit Theory , vol. CT-19, no. 2, pp. 189–194, 1972.
[2]丁玉美 高西全 《数字信号处理》(第二版) 西安电子科技大学出版社。