基于MATLAB的数字滤波器的设计

毕业论文

基于MATLAB的数字滤波器的设计

基于MATLAB的数字滤波器设计

专业：电子信息工程 班级08电子信息工程（2）班 姓名：何正雄 指导老师：王叶南

摘 要 在MATLAB环境下IIR数字滤波器和FIR数字滤波器的设计方

法即实现方法，并进行图形用户界面设计，以显示所介绍迷你滤波器的设计特性。

在无线脉冲响应（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线性相位滤波的特点和用窗口函数设计FIR数字滤波器两个问题。两类滤波器整个过程都是按照理论分析、编程设计、集体实现的步骤进行的。

为方便分析直观者直观、形象、方便的分析滤波器的特性，创新的设计出图形用户界面---滤波器分析系统。整个系统分为两个界面，其内容主要包括四个部分：System（系统）、Analysis（分析）、Tool（工具）、Help（帮助）。

关键字 数字滤波器,MATLAB,无线脉冲响应,有限脉冲响应,图像用户界面

I

Abstract

In the MATLAB environment IIR digital filter and FIR digital filters design method, the realization method, and graphical user interface design, to show introduced the design of filter mini features.

In the wireless impulse response (IIR) digital filter design, the design of the simulated filter first, then the simulation-digital filters conversion, which is a pulse response not political reform and bilinear Z variation method to design digital filter, the last of the filter band conversion. In finite impulse response (FIR digital) filters design, this article discusses the characteristics of linear phase FIR filter with window function and design FIR digital filters two questions. Two kinds of filter the whole process is according to the theoretical analysis, program design, collective realize steps.

For the convenience of analysis the intuitive visual, image, the analysis of the characteristics of convenient filter, innovative design the graphic user interface- -filter analysis system. The whole System is divided into two interfaces; its content mainly includes four parts: System (System), Analysis (Analysis), Tool (tools), and Help (Help).

Key word: Digital filters, MATLAB, wireless impulse response, limited impulse response, image user interface

II

目 录

第一章 绪论 ................................................................................................................. 1

1.1选题目的和意义及国内外对本课题涉及问题的研究现状 ........................... 1 1.1.1意义和目的 ............................................................................................................................. 1 1.1.2国内外的研究综述 ................................................................................................................. 1 1.3 数字滤波技术 ............................................................... 2 1.3.1滤波器原理 ............................................................................................................................. 3 1.3.2 数字滤波器设计方法概述 .................................................................................................... 4 1.3.3 IIR和FIR滤波器的比较 ...................................................................................................... 6

第二章 IIR滤波器设计及其MATLAB的实现 ............................................................ 9

2.1 模拟滤波器设计及其MATLAB实现 .............................................. 9 2.1.1 巴特沃斯滤波器设计 ........................................................................................................ 10 2.1.2 切比雪夫虑波器设计 .......................................................................................................... 16 2.1.3 椭圆滤波器设计 .................................................................................................................. 22 2.2 从模拟滤波器低通原型到各数字滤波器的频率变换 .............................. 25 2.2.1 低通变换 .............................................................................................................................. 26 2.2.2 高通变换 .............................................................................................................................. 33 2.2.3 带通变换 .............................................................................................................................. 35 2.2.4 带阻变换 .............................................................................................................................. 38

第三章 FIR滤波器设计及其MATLAB的实现 .......................................................... 41

3.1 FIR滤波器的设计 .......................................................... 41 3.2 窗口设计法 ................................................................ 42 3.2.1 矩形窗()的设计 .................................................................................................................. 47 3.2.2 汉宁(Hanning)窗的设计 .................................................................................................... 50 3.2.3 海明(Hamming)窗的设计 .................................................................................................. 52 3.2.4布莱克曼(Blackman)窗的设计 ........................................................................................... 54 3.2.5 凯塞(Kaiser)窗的设计 ....................................................................................................... 56 3.2.6 三角(triang)窗的设计......................................................................................................... 58 3.2.7本章小结所有带通滤波器的比较 ....................................................................................... 61

第四章 MATLAB软件简介 ........................................................................................... 63 结论 .............................................................................................................................. 66 致 谢 ........................................................................................................................ 67 参 考 文 献 ................................................................................................................ 69

III

第一章 绪论

1.1选题目的和意义及国内外对本课题涉及问题的研究现状

1.1.1意义和目的

长期以来，信号处理技术一直用于转化、产生数字或模拟信号，其中信号的滤波是应用的领域最为频繁的。数字滤波是图像处理、语音、谱分析和模式识别等应用中一个最为基本的处理部件，它能满足滤波器对相位特性和幅度的严格要求，避免模拟滤波器无法克服的温度漂移、电压漂移和噪声等问题。 1.1.2国内外的研究综述

数字滤波在DSP中占有重要地位。数字滤波器按实现的网络结构或者从单位脉冲响应，分为IIR（无限脉冲响应）和FIR（有限脉冲响应）滤波器。如果IRR滤波器和FIR滤波器具有相同的性能，那么通常IIR滤波器可以用较低的阶数获得高的选择性，执行速度更快，所有的存储单元更少，所以既经济又高效。

数字滤波器精确度高，使用灵活，可靠性高，具有模拟设备没有的许多优点，已广泛地应用与各个科学技术领域，例如数字电视，语音，通信、雷达、声纳、遥感、图像、生物医学以及许多工程应用领域。随着信息时代数字时代的到来，数字滤波技术已经成为一门及其重要的科学和技术领域。以往的滤波器大多采用模拟电路技术，但是模拟电路技术存在很多难以解决的问题，而采用数字则避免很多类似的难题，当然数字滤波器在其他方面也有很多突出的优点都是模拟技

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