matlab濾波器設計畢業(yè)論文

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第一章 引言1</b></p><p>　　1.1 數(shù)字濾波器的研究背景與意義1</p><p>　　1.2 數(shù)字濾波器的應用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢1</p><p>　　1.3 數(shù)字濾波器的實現(xiàn)方法分析3</p>

2、<p>　　第二章 濾波器簡介5</p><p>　　2.1 濾波器的概念5</p><p>　　2.2 濾波器的發(fā)展過程5</p><p>　　2.3 濾波器的原理6</p><p>　　2.4 濾波器的分類7</p><p>　　2.4.1 發(fā)展很快的幾種濾波器8</p>&l

3、t;p>　　2.4.2 其它新型濾波器9</p><p>　　第三章 MATLAB簡介10</p><p>　　3.1 MATLAB的概況10</p><p>　　3.2 MATLAB的語言特點10</p><p>　　3.3 MTALAB的功能11</p><p>　　3.4 FDATool界面設計

4、14</p><p>　　第四章 數(shù)字濾波器的設計16</p><p>　　4.1 數(shù)字濾波器及傳統(tǒng)設計方法16</p><p>　　4.1.1 IIR數(shù)字濾波器的設計16</p><p>　　4.1.2 FIR數(shù)字濾波器的設計18</p><p>　　4.2 巴特沃斯IIR濾波器的設計19</p>

5、;<p>　　4.3 契比雪夫I型IIR濾波器的設計19</p><p>　　第五章 方案設計21</p><p>　　5.1 FIR數(shù)字濾波器的設計21</p><p>　　5.1.1 帶通濾波器的設計實例21</p><p>　　5.1.2 高通濾波器的設計實例22</p><p>　　5.

6、2 IIR數(shù)字濾波器的設計24</p><p>　　第六章 結束語27</p><p><b>　　參考文獻28</b></p><p><b>　　致謝29</b></p><p>　　摘要：本文分析了國內外數(shù)字濾波技術的應用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢，介紹了數(shù)字濾波器的基本結構，以及MATLAB的概

7、況、語言特點和具體功能，在分別討論了IIR與FIR數(shù)字濾波器的設計方法的基礎上，指出了傳統(tǒng)的數(shù)字濾波器設計方法過程復雜、計算工作量大、濾波特性調整困難的不足，提出了一種基于MATLAB軟件的數(shù)字濾波器設計方法。利用MATLAB 設計濾波器，可以按照設計要求非常方便地調整設計參數(shù)，極大地減輕了設計的工作量，有利于濾波器設計的最優(yōu)化。MATLAB因其強大的數(shù)據(jù)處理功能被廣泛應用于工程計算，其豐富的工具箱為工程計算提供了便利，利用MATLAB

8、信號處理工具箱可以快速有效地設計各種數(shù)字濾波器，設計簡單方便。文中深入分析了該濾波器系統(tǒng)設計的功能特點、實現(xiàn)原理以及技術關鍵，闡述了使用MATLAB進行濾波器設計的具體方法，在方案設計中介紹了FIR數(shù)字濾波器的窗函數(shù)設計法和IIR數(shù)字濾波器的雙線性變換法。</p><p>　　關鍵詞：濾波器，MATLAB，F(xiàn)DATool</p><p>　　Abstract：This paper anal

9、yzes the domestic and foreign digital filtering technology application status and development trend, introduces the basic structure of digital filter, and MATLAB profiles, language characteristics and specific functions,

10、 are discussed respectively IIR and FIR digital filter design method based on, points out that the traditional design method of digital filter to process complex, computational workload is big, difficult to adjust the fi

11、lter characteristic, proposed one ki</p><p>　　Key words：filter，MATLAB，F(xiàn)DATool</p><p><b>　　第一章 引言</b></p><p>　　1.1 數(shù)字濾波器的研究背景與意義</p><p>　　當今，數(shù)字信號處理[1] (DSP：D

12、igital Signal Processing)技術正飛速發(fā)展，它不但自成一門學科，更是以不同形式影響和滲透到其他學科；它與國民經濟息息相關，與國防建設緊密相連；它影響或改變著我們的生產、生活方式，因此受到人們普遍的關注。</p><p>　　數(shù)字化、智能化和網絡化是當代信息技術發(fā)展的大趨勢，而數(shù)字化是智能化和網絡化的基礎，實際生活中遇到的信號多種多樣，例如廣播信號、電視信號、雷達信號、通信信號、導航信號、射電

13、天文信號、生物醫(yī)學信號、控制信號、氣象信號、地震勘探信號、機械振動信號、遙感遙測信號，等等。上述這些信號大部分是模擬信號，也有小部分是數(shù)字信號。模擬信號是自變量的連續(xù)函數(shù)，自變量可以是一維的，也可以是二維或多維的。大多數(shù)情況下一維模擬信號的自變量是時間，經過時間上的離散化(采樣)和幅度上的離散化(量化)，這類模擬信號便成為一維數(shù)字信號。因此，數(shù)字信號實際上是用數(shù)字序列表示的信號，語音信號經采樣和量化后，得到的數(shù)字信號是一個一維離散時間序

14、列；而圖像信號經采樣和量化后，得到的數(shù)字信號是一個二維離散空間序列。數(shù)字信號處理，就是用數(shù)值計算的方法對數(shù)字序列進行各種處理，把信號變換成符合需要的某種形式。例如，對數(shù)字信號經行濾波以限制他的頻帶或濾除噪音和干擾，或將他們與其他信號進行分離；對信號進行頻譜分析或功率譜分析以了解信號的頻譜組成，進而對信號進行識別；對信號進行某種變換，使之更適合于傳輸，存儲和應用；對信號進行編碼以達到數(shù)據(jù)壓</p><p>　　數(shù)字

15、濾波技術是數(shù)字信號分析、處理技術的重要分支[2]。無論是信號的獲取、傳輸，還是信號的處理和交換都離不開濾波技術，它對信號安全可靠和有效靈活地傳輸是至關重要的。在所有的電子系統(tǒng)中，使用最多技術最復雜的要算數(shù)字濾波器了。數(shù)字濾波器的優(yōu)劣直接決定產品的優(yōu)劣。</p><p>　　1.2 數(shù)字濾波器的應用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[3]</p><p>　　在信號處理過程中，所處理的信號往往混有噪音，從接收到

16、的信號中消除或減弱噪音是信號傳輸和處理中十分重要的問題。根據(jù)有用信號和噪音的不同特性，提取有用信號的過程稱為濾波，實現(xiàn)濾波功能的系統(tǒng)稱為濾波器。在近代電信設備和各類控制系統(tǒng)中，數(shù)字濾波器應用極為廣泛，這里只列舉部分應用最成功的領域。</p><p><b>　　(1) 語音處理 </b></p><p>　　語音處理是最早應用數(shù)字濾波器的領域之一，也是最早推動數(shù)字信號

17、處理理論發(fā)展的領域之一。該領域主要包括5個方面的內容：第一，語音信號分析。即對語音信號的波形特征、統(tǒng)計特性、模型參數(shù)等進行分析計算；第二，語音合成。即利用專用數(shù)字硬件或在通用計算機上運行軟件來產生語音；第三，語音識別。即用專用硬件或計算機識別人講的話，或者識別說話的人；第四，語音增強。即從噪音或干擾中提取被掩蓋的語音信號；第五，語音編碼。主要用于語音數(shù)據(jù)壓縮，目前已經建立了一系列語音編碼的國際標準，大量用于通信和音頻處理。近年來，這5個

18、方面都取得了不少研究成果，并且，在市場上已出現(xiàn)了一些相關的軟件和硬件產品，例如，盲人閱讀機、啞人語音合成器、口授打印機、語音應答機，各種會說話的儀器和玩具，以及通信和視聽產品大量使用的音頻壓縮編碼技術。</p><p><b>　　(2) 圖像處理</b></p><p>　　數(shù)字濾波技術以成功地應用于靜止圖像和活動圖像的恢復和增強、數(shù)據(jù)壓縮、去噪音和干擾、圖像識別以

19、及層析X射線攝影，還成功地應用于雷達、聲納、超聲波和紅外信號的可見圖像成像。</p><p><b>　　(3) 通信</b></p><p>　　在現(xiàn)代通信技術領域內，幾乎沒有一個分支不受到數(shù)字濾波技術的影響。信源編碼、信道編碼、調制、多路復用、數(shù)據(jù)壓縮以及自適應信道均衡等，都廣泛地采用數(shù)字濾波器，特別是在數(shù)字通信、網絡通信、圖像通信、多媒體通信等應用中，離開了數(shù)字

20、濾波器,幾乎是寸步難行。其中，被認為是通信技術未來發(fā)展方向的軟件無線電技術，更是以數(shù)字濾波技術為基礎。</p><p><b>　　(4) 電視</b></p><p>　　數(shù)字電視取代模擬電視已是必然趨勢。高清晰度電視的普及指日可待，與之配套的視頻光盤技術已形成具有巨大市場的產業(yè)；可視電話和會議電視產品不斷更新?lián)Q代。視頻壓縮和音頻壓縮技術所取得的成就和標準化工作，促

21、成了電視領域產業(yè)的蓬勃發(fā)展，而數(shù)字濾波器及其相關技術是視頻壓縮和音頻壓縮技術的重要基礎。</p><p><b>　　(5) 雷達</b></p><p>　　雷達信號占有的頻帶非常寬，數(shù)據(jù)傳輸速率也非常高，因而壓縮數(shù)據(jù)量和降低數(shù)據(jù)傳輸速率是雷達信號數(shù)字處理面臨的首要問題。告訴數(shù)字器件的出現(xiàn)促進了雷達信號處理技術的進步。在現(xiàn)代雷達系統(tǒng)中，數(shù)字信號處理部分是不可缺少的，

22、因為從信號的產生、濾波、加工到目標參數(shù)的估計和目標成像顯示都離不開數(shù)字濾波技術。雷達信號的數(shù)字濾波器是當今十分活躍的研究領域之一。</p><p><b>　　(6) 聲納</b></p><p>　　聲納信號處理分為兩大類，即有源聲納信號處理和無源聲納信號處理，有源聲納系統(tǒng)涉及的許多理論和技術與雷達系統(tǒng)相同。例如，他們都要產生和發(fā)射脈沖式探測信號，他們的信號處理任務

23、都主要是對微弱的目標回波進行檢測和分析，從而達到對目標進行探測、定位、跟蹤、導航、成像顯示等目的，他們要應用到的主要信號處理技術包括濾波、門限比較、譜估計等。</p><p>　　(7) 生物醫(yī)學信號處理 </p><p>　　數(shù)字濾波器在醫(yī)學中的應用日益廣泛，如對腦電圖和心電圖的分析、層析X射線攝影的計算機輔助分析、胎兒心音的自適應檢測等。</p><p><

24、;b>　　(8) 音樂</b></p><p>　　數(shù)字濾波器為音樂領域開辟了一個新局面，在對音樂信號進行編輯、合成、以及在音樂中加入交混回響、合聲等特殊效果特殊方面，數(shù)字濾波技術都顯示出了強大的威力。數(shù)字濾波器還可用于作曲、錄音和播放，或對舊錄音帶的音質進行恢復等。</p><p><b>　　(9) 其他領域</b></p><

25、;p>　　數(shù)字濾波器的應用領域如此廣泛，以至于想完全列舉他們是根本不可能的，除了以上幾個領域外，還有很多其他的應用領域。例如，在軍事上被大量應用于導航、制導、電子對抗、戰(zhàn)場偵察；在電力系統(tǒng)中被應用于能源分布規(guī)劃和自動檢測；在環(huán)境保護中被應用于對空氣污染和噪聲干擾的自動監(jiān)測；在經濟領域中被應用于股票市場預測和經濟效益分析等等。</p><p>　　1.3 數(shù)字濾波器的實現(xiàn)方法分析</p><

26、;p>　　數(shù)字濾波器的實現(xiàn)[4]，大體上有如下幾種方法：</p><p>　　(1) 在通用的微型機上用軟件來實現(xiàn)</p><p>　　軟件可以由使用者自己編寫或使用現(xiàn)成的。自IEEE DSP Comm.于1979年推出第一個信號處理軟件包以來，國外的研究機構、公司也陸續(xù)推出不同語言不同用途的信號處理軟件包。這種實現(xiàn)方法速度較慢，多用于教學與科研。</p><p&

27、gt;　　(2) 用單片機來實現(xiàn)</p><p>　　目前單片機的發(fā)展速度很快，功能也很強依靠單片機的硬件環(huán)境和信號處理軟件可用于工程實際，如數(shù)字控制、醫(yī)療儀器等。</p><p>　　(3) 利用專門用于信號處理的DSP片來實現(xiàn)</p><p>　　DSP芯片較之單片機有著更為突出的優(yōu)點，如內部帶有乘法器、累加器，采用流水線工作方式及并行結構，多總線，速度快，配有

28、適于信號處理的指令等，DSP芯片的問世及飛速發(fā)展，為信號處理技術應用于工程實際提供了可能。</p><p><b>　　第二章 濾波器簡介</b></p><p>　　2.1 濾波器的概念</p><p>　　濾波器[5]是一種用來消除干擾雜訊的器件，將輸入或輸出經過過濾而得到純凈的交流電。您可以通過基本的濾波器積木塊：二階通用濾波器傳遞函數(shù)，

29、推導出最通用的濾波器類型：低通、帶通、高通、帯阻和橢圓型濾波器。</p><p>　　傳遞函數(shù)的參數(shù)：f0、d、hHP、hBP 和hLP，可用來構造所有類型的濾波器。轉降頻率f0為s項開始占支配作用時的頻率。設計者將低于此值的頻率看作是低頻，而將高于此值的頻率看作是高頻，并將在此值附近的頻率看作是帶內頻率。阻尼d用于測量濾波器如何從低頻率轉變至高頻率，它是濾波器趨向振蕩的一個指標。實際阻尼值從0至2變化。高通系數(shù)

30、hHP是對那些高于轉降頻率的頻率起支配作用的分子的系數(shù)。帶通系數(shù)hBP是對那些在轉降頻率附近的頻率起支配作用的分子的系數(shù)。低通系數(shù)hLP是對那些低于轉降頻率的頻率起支配作用的分子的系數(shù)。設計者只需這5個參數(shù)即可定義一個濾波器。</p><p>　　2.2 濾波器的發(fā)展過程</p><p>　　凡是有能力進行信號處理的裝置都可以稱為濾波器。在近代電信裝備和各類控制系統(tǒng)中，濾波器應用極為廣泛；

31、在所有的電子部件中，使用最多，技術最復雜要算濾波器了。濾波器的優(yōu)劣直接決定產品的優(yōu)劣，所以，對濾波器的研究和生產歷來為各國所重視。</p><p>　　1917年美國和德國科學家分別發(fā)明了LC濾波器，次年導致了美國第一個多路復用系統(tǒng)的出現(xiàn)。50年代無源濾波器日趨成熟。自60年代起由于計算機技術、集成工藝和材料工業(yè)的發(fā)展，濾波器發(fā)展上了一個新臺階，并且朝著低功耗、高精度、小體積、多功能、穩(wěn)定可靠和價廉方向努力，其中

32、小體積、多功能、高精度、穩(wěn)定可靠成為70年代以后的主攻方向，導致RC有源濾波器 、數(shù)字濾波器、開關電容濾波器和電荷轉移器等各種濾波器的飛速發(fā)展。到70年代后期，上述幾種濾波器的單片集成被研制出來并得到應用。80年代致力于各類新型濾波器性能提高的研究并逐漸擴大應用范圍。90年代至今在主要致力于把各類濾波器應用于各類產品的開發(fā)和研制。當然，對濾波器本身的研究仍在不斷進行。</p><p>　　我國廣泛使用濾波器是50

33、年代后的事，當時主要用于話路濾波和報路濾波。經過半個世紀的發(fā)展，我國濾波器在研制、生產應用等方面已有一定進步，但由于缺少專門研制機構，集成工藝和材料工業(yè)跟不上來，使許多新型濾波器的研制應用與國際水平有一段距離。</p><p>　　2.3 濾波器的原理</p><p>　　凡是可以使信號中特定的頻率成分通過，而極大地衰減或抑制其他頻率成分的裝置或系統(tǒng)都稱之為濾波器，相當于頻率“篩子”。濾波

34、器的功能就是允許某一部分頻率的信號順利的通過，而另外一部分頻率的信號則受到較大的抑制，它實質上是一個選頻電路。</p><p>　　濾波器中，把信號能夠通過的頻率范圍，稱為通頻帶或通帶；反之，信號受到很大衰減或完全被抑制的頻率范圍稱為阻帶；通帶和阻帶之間的分界頻率稱為截止頻率；理想濾波器在通帶內的電壓增益為常數(shù)，在阻帶內的電壓增益為零；實際濾波器的通帶和阻帶之間存在一定頻率范圍的過渡帶。</p>&

35、lt;p>　　理想濾波器與實際濾波器[6]</p><p>　　a.理想濾波器的頻率特性</p><p>　　理想濾波器:使通帶內信號的幅值和相位都不失真,阻喧內的頻率成分都衰減為零的濾波器，其通帶和阻帶之間有明顯的分界線。</p><p>　　如理想低通濾波器的頻率響應函數(shù)為</p><p>　　H(jw)=0(|W|>Wc)

36、 (2-1)</p><p>　　理想濾波器實際上并不存在。</p><p><b>　　b.實際濾波器</b></p><p>　　實際濾波器的特性需要以下參數(shù)描述：</p><p>　　(1）恒部平均值A0：描述通帶內的幅頻特性；波紋幅度：d。</p>

37、;<p>　　(2）上、下截止頻率：以幅頻特性值為A0/2時的相應頻率值WC1，WC2作為帶通濾波器的上、下截止頻率。帶寬 （2-2）因為 ， 所以 也稱“-3dB”帶寬。</p><p>　　(3）選擇性：實際濾波器過渡帶幅頻曲線的傾斜程度表達了濾波器對通帶外頻率成分的衰減能力，用信頻程選擇性和濾波器因素描述。</

38、p><p>　　信頻程選擇性：與上、下截止頻率處相比，頻率變化一倍頻程時幅頻特性的衰減量，即倍頻程選擇性： 或 信頻程選擇性總是小于等于零，顯然，計算信量的衰減量越大，選擇性越好。</p><p>　　濾波器因素：－60dB處的帶寬與－3dB處的帶寬之比值，即越小，選擇性越好。分辨力：即分離信號中相鄰頻率成分的能力，用品質因素Q描述：</p><p><b&g

39、t;　?。?-3）</b></p><p>　　Q越大，分辨率越高。</p><p>　　c.實際帶通濾波器的形式</p><p>　　(1）恒定帶寬帶通濾波器:B=常量，與中心頻率f0無關。</p><p>　　(2）恒定百分比帶通濾波器：在高頻區(qū)恒定百分比帶通濾波器的分辨率比恒定帶寬帶通濾波器差。</p><

40、;p>　　2.4 濾波器的分類</p><p>　　從大的方面分，濾波器分為模擬濾波器和數(shù)字濾波器。模擬濾波器有電阻，電容，電感，及由原器件構成；實際中數(shù)字濾波器應用的比較廣泛。從實現(xiàn)方法上分，數(shù)字濾波器分為IIR和FIR，即無限沖激響應濾波器和有限沖激響應濾波器；其中IIR網絡中有反饋回路，F(xiàn)IR網絡中沒有反饋回路。</p><p><b>　　從小的方面分：</b

41、></p><p>　　(1) 按所處理的信號分為模擬濾波器和數(shù)字濾波器兩種。 </p><p>　　(2) 按所通過信號的頻段分為低通、高通、帶通和帶阻濾波器四種。 </p><p>　　低通濾波器：它允許信號中的低頻或直流分量通過，抑制高頻分量或干擾和噪聲。 </p><p>　　高通濾波器：它允許信號中的高頻分量通過，抑制低頻或

42、直流分量。 </p><p>　　帶通濾波器：它允許一定頻段的信號通過，抑制低于或高于該頻段的信號、干擾和噪聲。 </p><p>　　帶阻濾波器：它抑制一定頻段內的信號，允許該頻段以外的信號通過。 </p><p>　　(3) 按所采用的元器件分為無源和有源濾波器兩種[7]: </p><p>　　無源濾波器：僅由無源元件(R、L 和C)組

43、成的濾波器，它是利用電容和電感元件的電抗隨頻率的變化而變化的原理構成的。這類濾波器的優(yōu)點是：電路比較簡單，不需要直流電源供電，可靠性高；缺點是：通帶內的信號有能量損耗，負載效應比較明顯，使用電感元件時容易引起電磁感應，當電感L較大時濾波器的體積和重量都比較大，在低頻域不適用。 </p><p>　　有源濾波器：由無源元件(一般用R和C)和有源器件(如集成運算放大器）組成。這類濾波器的優(yōu)點是：通帶內的信號不僅沒有能

44、量損耗，而且還可以放大，負載效應不明顯，多級相聯(lián)時相互影響很小，利用級聯(lián)的簡單方法很容易構成高階濾波器，并且濾波器的體積小、重量輕、不需要磁屏蔽(由于不使用電感元件）；缺點是：通帶范圍受有源器件(如集成運算</p><p>　　放大器）的帶寬限制，需要直流電源供電，可靠性不如無源濾波器高，在高壓、高頻、大功</p><p><b>　　率的場合不適用。 </b><

45、;/p><p>　　2.4.1 發(fā)展很快的幾種濾波器</p><p><b>　　a.有源濾波器</b></p><p>　　有源濾波器由下列一些有源元件組成：運算放大器、負電阻、負電容、負電感、頻率變阻器（FDNR）、廣義阻抗變換器（GIC）、負阻抗變換器（NIC）、正阻抗變換器（PIC）、負阻抗倒置器（NII）、正阻抗倒置器（PII）、四種受控

46、源，另外，還有病態(tài)元件極子和零子。</p><p>　　b.開關電容濾波器（SCF）</p><p>　　SCF具有下列一些優(yōu)點：可以大規(guī)模集成；精度高；功能多，幾乎所有電子部件和功能均可以由SC技術來實現(xiàn)；比數(shù)字濾波器簡單，因為不需要A/D，D/A轉換；功能小，可以做到。 </p><p>　　SCF的應用情況：以聲頻范圍應用為主體，工作頻率在100KHz之內；在

47、信號處理方面的應用有：程控SCF、模擬信號處理、振動分析、自適應性濾波器、音樂綜合、共振譜、語言綜合器、音調選擇、語聲編碼、聲頻分析、均衡器、解調器、鎖相電路、離散傅氏變換?？傊琒CF在儀表測量、醫(yī)療儀器、數(shù)據(jù)或信息處理等許多領域都有廣泛的應用前景。</p><p>　　c.幾種新型數(shù)字濾波器（DF）</p><p><b>　　(1) 自適應DF</b></

48、p><p>　　自適應DF具有很強的自學習、自跟蹤功能。它在雷達和聲納的波束形成、緩變噪聲干擾的抑制、噪聲信號的處理、通信信道的自適應均衡、遠距離電話的回聲抵消等領域獲得了廣泛的應用，促進了現(xiàn)代控制理論的發(fā)展。</p><p>　　自適應DF有如下一些簡單算法：W-LMS算法；M-LMS算法；TDO算法；差值LMS算法和C-LMS算法。</p><p><b>

49、;　　(2) 復數(shù)DF</b></p><p>　　在輸入信號為窄帶信號處理系統(tǒng)中，常采用復數(shù)DF技術。為了降低采樣率而保存信號所包含的全部信息，可利用正交雙路檢波法，取出窄帶信號的復包絡，然后通過A/D變換，將復包絡轉化為復數(shù)序列進行處理，這個信號處理系統(tǒng)即為復數(shù)DF。它具有許多功能。MTI</p><p>　　雷達中抑制具有卜勒頻移的雜波干擾；數(shù)字通信網與模擬通信網之間多路

50、TDM/FDM信號變</p><p><b>　　換復接等等。 </b></p><p><b>　　(3) 多維DF</b></p><p>　　在圖象處理、地震、石油勘探的數(shù)據(jù)處理中都用到多維DF（常用是二維DF），多維DF的設計，往往將一維DF優(yōu)化設計直接推廣到多維DF中去。對于模糊和隨機噪聲干擾的二維圖象的處理，多

51、維DF也能發(fā)揮很好的作用。</p><p>　　2.4.2 其它新型濾波器</p><p>　　(1) 電控編程CCD橫向濾波器（FPCCDTF）</p><p>　　電荷耦合器（CCD）固定加權的橫向濾波器（TF）在信號處理中，其性能和造價均可與數(shù)字濾波器和各種信號處理部件媲美。這種濾波器主要用于自適應濾波；P-N序列和Chirp波形的匹配濾波；通用化的頻域濾波器

52、以及作相關、褶積運算；語音信號和相位均衡；相陣系統(tǒng)的波束合成和電視信號的重影消除等。</p><p>　　(2) 晶體濾波器 </p><p>　　它是適應單邊帶技術而發(fā)展起來的。在70年代，集成晶體濾波器的產生，使它發(fā)展產生一個飛躍，近十年來，對晶體濾波器致力于下面一些研究：實現(xiàn)最佳設計，除具有優(yōu)良的選擇外，還具有良好的時域響應；尋求新型材料；擴展工作頻率；改造工藝，使其向集成化發(fā)展。它

53、廣泛應用于多路復用系統(tǒng)中作為載波濾波器，在收發(fā)信中、單邊帶通信機中作為選頻濾波器，在頻譜分析儀和聲納裝置中作為中頻濾波器。</p><p>　　(3) 聲表面波濾波器 </p><p>　　它是理想的超高頻器件。它的幅頻特性和相位特性可以分別控制，以達到要求，體積小，長時間穩(wěn)定性好和工藝簡單。通常應用于：電視廣播發(fā)射機中作為殘留邊帶濾波器；彩色電視接收機中調諧系統(tǒng)的表面梳形濾波器，此外，在

54、國防衛(wèi)星通信系統(tǒng)中已廣泛采用。聲表面波濾波器是電子學和聲學相結合的產物，而且可以集成。</p><p>　　第三章 MATLAB簡介</p><p>　　3.1 MATLAB的概況</p><p>　　MATLAB是矩陣實驗室（Matrix　Laboratory）之意。除具備卓越的數(shù)值計算能力外，它還提供了專業(yè)水平的符號計算，文字處理，可視化建模仿真和實時控制等功能

55、[8]。</p><p>　　MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達式與數(shù)學，工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB來解算問題要比用C、FORTRAN等語言完成相同的事情簡捷得多。</p><p>　　MATLAB擁有數(shù)百個內部函數(shù)的主包和三十幾種工具包(Toolbox)。工具包又可以分為功能性工具包和學科工具包。功能工具包用來擴充MATLAB的符號計算，可視化建模仿真，文字處

56、理及實時控制等功能。學科工具包是專業(yè)性比較強的工具包，控制工具包，信號處理工具包，通信工具包等都屬于此類。</p><p>　　開放性使MATLAB廣受用戶歡迎。除內部函數(shù)外，所有MATLAB主包文件和各種工具包都是可讀可修改的文件，用戶通過對源程序的修改或加入自己編寫程序構造新的專用工具包。</p><p>　　3.2 MATLAB的語言特點</p><p>　　

57、一種語言之所以能如此迅速地普及，顯示出如此旺盛的生命力，是由于它有著不同于其他語言的特點，正如同F(xiàn)ORTRAN和C等高級語言使人們擺脫了需要直接對計算機硬件資源進行操作一樣，被稱作為第四代計算機語言的MATLAB，利用其豐富的函數(shù)資源，使編程人員從繁瑣的程序代碼中解放出來。MATLAB最突出的特點就是簡潔。MATLAB用更直觀的，符合人們思維習慣的代碼，代替了C和FORTRAN語言的冗長代碼。MATLAB給用戶帶來的是最直觀，最簡潔的程

58、序開發(fā)環(huán)境。以下簡單介紹一下MATLAB的主要特點[9]：</p><p>　?。?）語言簡潔緊湊，使用方便靈活，庫函數(shù)極其豐富。MATLAB程序書寫形式自由，利用起豐富的庫函數(shù)避開繁雜的子程序編程任務，壓縮了一切不必要的編程工作。由于庫函數(shù)都由本領域的專家編寫，用戶不必擔心函數(shù)的可靠性?？梢哉f，用MATLAB進行科技開發(fā)是站在專家的肩膀上。</p><p>　?。?）運算符豐富。由于MA

59、TLAB是用C語言編寫的，MATLAB提供了和C語言幾乎一樣多的運算符，靈活使用MATLAB的運算符將使程序變得極為簡短。</p><p>　?。?）MATLAB既具有結構化的控制語句（如for循環(huán)，while循環(huán)，break語句和if語句），又有面向對象編程的特性。</p><p>　　（4）程序限制不嚴格，程序設計自由度大。例如，在MATLAB里，用戶無需對矩陣預定義就可使用。程序的可

60、移植性很好，基本上不做修改就可以在各種型號的計算機和操作系統(tǒng)上運行。</p><p>　?。?）MATLAB的圖形功能強大。在FORTRAN和C語言里，繪圖都很不容易，但在MATLAB里，數(shù)據(jù)的可視化非常簡單。MATLAB還具有較強的編輯圖形界面的能力。</p><p>　?。?）功能強大的工具箱是MATLAB的另一特色。MATLAB包含兩個部分：核心部分和各種可選的工具箱。核心部分中有數(shù)

61、百個核心內部函數(shù)。其工具箱又分為兩類：功能性工具箱和學科性工具箱。功能性工具箱主要用來擴充其符號計算功能，圖示建模仿真功能，文字處理功能以及與硬件實時交互功能。功能性工具箱用于多種學科。而學科性工具箱是專業(yè)性比較強的，如control toolbox、signl proceessing toolbox、commumnication toolbox等。這些工具箱都是由該領域內學術水平很高的專家編寫的，所以用戶無需編寫自己學科范圍內的基礎程

62、序，而直接進行高、精、尖的研究。</p><p>　?。?）源程序的開放性。開放性也許是MATLAB最受人們歡迎的特點。除內部函數(shù)以外，所有MATLAB的核心文件和工具箱文件都是可讀可改的源文件，用戶可通過對源文件的修改以及加入自己的文件構成新的工具箱。</p><p>　　3.3 MTALAB的功能</p><p>　　MATLAB包含的內容非常豐富，功能強大，可

63、以概括為以下幾個方面：</p><p>　　（1）可以在多種操作系統(tǒng)下運行，如DOS、Windows 95/98/2000/2000/NT、Compaq Alpha、LinuxSun Solaris等。</p><p>　?。?）有超過500種的數(shù)學、統(tǒng)計、科學及工程方面的函數(shù)，使用簡單快捷，并且有很強的用戶自定義函數(shù)的能力。</p><p>　?。?）有強大的圖形

64、繪制和可視化功能，可以進行視覺數(shù)據(jù)處理和分析，進行圖形、圖像的顯示及編輯，能夠繪制二維、三維圖形，使用戶可以制作高質量的圖形，從而寫出圖文并茂的文章。</p><p>　?。?）有和用其他高級語言（如C，C++，F(xiàn)ORTRAN，JAVA）編寫的外部程序相接口的能力，也可把MATLAB程序轉換成上述高級語言的子程序。</p><p>　?。?）有從外部文件及外部硬件設備讀入數(shù)據(jù)的能力。<

65、;/p><p>　?。?）有豐富的網絡資源，從相關的Web網站可以直接獲得全套的MATLAB聯(lián)機幫助文件和說明書的電子文檔，還可以獲得各類技術支持與幫助。</p><p>　?。?）有豐富的工具箱〔toolbox〕。各個領域的專家學者將眾多學科領域中常用的算法編寫為一個個子程序，即m文件，這些m文件包含在一個個工具箱中。其工具箱可以分為兩大類，即功能性工具箱和科學性工具箱。功能性工具箱主要用來

66、擴充MATLAB的符號計算、圖形可視化、建模仿真、文字處理等功能以及與硬件實時交互的功能。學科性工具箱是按學科領域來分類的，如信號處理、控制、通信、神經網絡圖像處理、系統(tǒng)辨識、魯棒控制、模糊邏輯、小波等工具箱。</p><p>　　MATLAB中的信號處理工具箱內容豐富，使用簡便。在數(shù)字信號處理中常用的算法，如FFT，卷積，相關，濾波器設計，參數(shù)模型等，幾乎都只用一條語句即可調用。數(shù)字信號處理常用的函數(shù)有波形的產

67、生、濾波器的分析和設計、傅里葉變換、Z變換等，如：</p><p><b>　　波形產生：</b></p><p>　　sawtooth（鋸齒波或三角波）</p><p>　　Diric（Dirichlet或周期sinc函數(shù)）</p><p>　　rand（白噪聲信號波形）</p><p>　　s

68、quare（方波）</p><p>　　sinc（sinc或 函數(shù)）</p><p>　　chirp（chirp信號波形）</p><p><b>　　濾波器的分析：</b></p><p><b>　　abs（求幅值）</b></p><p>　　angle（求相角）<

69、;/p><p><b>　　conv（求卷積）</b></p><p>　　freqz（數(shù)字濾波器頻率響應）</p><p>　　impz（數(shù)字濾波器的沖擊響應）</p><p>　　zplane（數(shù)字系統(tǒng)零極點圖）</p><p><b>　　IIR濾波器設計：</b><

70、;/p><p>　　butter（巴特沃思數(shù)字濾波器）</p><p>　　cheby1（切比雪夫I型）</p><p>　　cheby2（切比雪夫II型）</p><p>　　maxflat（最平濾波器）</p><p>　　ellip（橢圓濾波器）</p><p>　　yulewalk（遞歸數(shù)字

71、濾波器）</p><p>　　bilinear（雙線性變換）</p><p>　　impinvar（沖激響應不變法）</p><p><b>　　FIR濾波器設計：</b></p><p>　　triang（三角窗）</p><p>　　blackman（布萊克曼窗）</p><

72、;p>　　boxcar（矩形窗）</p><p>　　hamming（海明窗）</p><p>　　hanning（漢寧窗）</p><p>　　kaiser（凱塞窗）</p><p>　　fir1（基于窗函數(shù)法）</p><p>　　fir2（基于頻率抽樣法）</p><p>　　fir

73、rcos（上升余弦FIR濾波器設計法）</p><p>　　intfilt（內插FIR濾波器設計法）</p><p>　　kaiserord（用Kaiser窗設計FIR濾波器的參數(shù)估計）</p><p><b>　　各種變換：</b></p><p>　　czt（線性調頻Z變換）</p><p>

74、　　dct（離散余弦變換）</p><p>　　fft（一維快速傅里葉變換）</p><p>　　fft2（二維快速傅里葉變換）</p><p>　　idct（逆離散余弦變換）</p><p>　　ifft（一維逆快速傅里葉變換）</p><p>　　ifft2（二維逆快速傅里葉變換）hilbert（Hilbert變

75、換）</p><p>　　可以看出MATLAB是一個功能十分強大的系統(tǒng)，是集數(shù)值計算、圖形管理、程序開發(fā)為一體的環(huán)境。除此之外，MATLAB還具有很強的功能擴展能力，與它的主系統(tǒng)一起，可以配備各種各樣的工具箱，以完成一些特定的任務。用戶可以根據(jù)自己的工作任務，開發(fā)自己的工具箱。在國際學術界，MATLAB已經被確認為準確、可靠的科學計算標準軟件。在許多國際一流學術刊物上，（尤其是信息科學刊物），都可以看到MATLA

76、B的應用。 在設計研究單和工業(yè)部門，MATLAB被認作進行高效研究、開發(fā)的首選軟件工具。如美國National Instruments公司信號測量、分析軟件LabVIEW，Cadence公司信號和通信分析設計軟件SPW等，或者直接建筑在MATLAB之上，或者以MATLAB為主要支撐。 </p><p>　　3.4 FDATool界面設計</p><p>　　FDATool[10]（Filt

77、er Design & Analysis Tool）是MATLAB信號處理工具箱里專用的濾波器設計分析工具，MATLAB6.0以上的版本還專門增加了濾波器設計工具箱（Filter Design Toolbox）。FDATool可以設計幾乎所有的基本的常規(guī)濾波器，包括FIR和IIR的各種設計方法。它操作簡單，方便靈活。在MATLAB命令窗口輸入FDATool后回車就會彈出FDATool界面。</p><p>

78、;　　FDATool界面總共分兩大部分，一部分是Design Filter，在界面的下半部，用來設置濾波器的設計參數(shù)，另一部分則是特性區(qū)，在界面的上半部分，用來顯示濾波器的各種特性。Design Filter部分主要分為：Filter Type（濾波器類型）選項，包括Lowpass（低通）、Highpass（高通）、Bandpass（帶通）、Bandstop（帶阻）和特殊的FIR濾波器。Design Method（設計方法）選項，包括I

79、IR濾波器的Butterworth（巴特沃思）法、Chebyshev Type I（切比雪夫I型）法、 Chebyshev Type II（切比雪夫II型） 法、Elliptic（橢圓濾波器）法和FIR濾波器的Equiripple法、Least-Squares（最小乘方）法、Window（窗函數(shù)）法。</p><p>　　Filter Order（濾波器階數(shù)）選項，定義濾波器的階數(shù)，包括Specify Order

80、（指定階數(shù)）和Minimum Order（最小階數(shù)）。在Specify Order中填入所要設計的濾波器的階數(shù)（N階濾波器，Specify Order＝N-1），如果選擇Minimum Order則MATLAB根據(jù)所選擇的濾波器類型自動使用最小階數(shù)。</p><p>　　Frequency Specifications選項，可以詳細定義頻帶的各參數(shù)，包括采樣頻率Fs和頻帶的截止頻率。它的具體選項由Filter T

81、ype選項和Design Method選項決定，例如Bandpass（帶通）濾波器需要定義Fstop1（下阻帶截止頻率）、Fpass1（通帶下限截止頻率）、Fpass2（通帶上限截止頻率）、Fstop2（上阻帶截止頻率），而Lowpass（低通）濾波器只需要定義Fstop1、Fpass1。采用窗函數(shù)設計濾波器時，由于過渡帶是由窗函數(shù)的類型和階數(shù)所決定的，所以只需要定義通帶截止頻率，而不必定義阻帶參數(shù)。</p><p&

82、gt;　　Magnitude Specifications選項，可以定義幅值衰減的情況。例如設計帶通濾波器時，可以</p><p>　　定義Wstop1（頻率Fstop1處的幅值衰減）、Wpass（通帶范圍內的幅值衰減）、Wstop2（頻率Fstop2處的幅值衰減）。當采用窗函數(shù)設計時，通帶截止頻率處的幅值衰減固定為6db，所以不必定義。</p><p>　　Window Specific

83、ations選項，當選取采用窗函數(shù)設計時，該選項可定義，它包含了各種窗函數(shù)。</p><p>　　第四章 數(shù)字濾波器的設計</p><p>　　4.1 數(shù)字濾波器及傳統(tǒng)設計方法</p><p>　　數(shù)字濾波器(digital filter)是由數(shù)字乘法器、加法器和延時單元組成的一種裝置。其功能是對輸入離散信號的數(shù)字代碼進行運算處理，以達到改變信號頻譜的目的。<

84、/p><p>　　數(shù)字濾波器可以理解為是一個計算程序或算法，將代表輸入信號的數(shù)字時間序列轉化為代表輸出信號的數(shù)字時間序列，并在轉化過程中，使信號按預定的形式變化。數(shù)字濾波器有多種分類，根據(jù)數(shù)字濾波器沖激響應的時域特征，可將數(shù)字濾波器分為兩種，即無限長沖激響應（IIR）濾波器和有限長沖激響應（FIR）濾波器。</p><p>　　IIR數(shù)字濾波器具有無限寬的沖激響應，與模擬濾波器相匹配。所以II

85、R濾波器的設計可以采取在模擬濾波器設計的基礎上進一步變換的方法。FIR數(shù)字濾波器的單位脈沖響應是有限長序列。它的設計問題實質上是確定能滿足所要求的轉移序列或脈沖響應的常數(shù)問題，設計方法主要有窗函數(shù)法、頻率采樣法和等波紋最佳逼近法等。</p><p>　　在對濾波器實際設計時，整個過程的運算量是很大的[11]。例如利用窗函數(shù)法設計M階FIR低通濾波器時，首先要根據(jù)（4-1）式計算出理想低通濾波器的單位沖激響應序列，

86、然后根據(jù)（4-2）式計算出M個濾波器系數(shù)。當濾波器階數(shù)比較高時，計算量比較大，設計過程中改變參數(shù)或濾波器類型時都要重新計算。</p><p><b>　　(4-1)</b></p><p><b>　　(4-2)</b></p><p>　　設計完成后對已設計的濾波器的頻率響應要進行校核，要得到幅頻相頻響應特性，運算量也是

87、很大的。我們平時所要設計的數(shù)字濾波器，階數(shù)和類型并不一定是完全給定的，很多時候都是要根據(jù)設計要求和濾波效果不斷的調整，以達到設計的最優(yōu)化。在這種情況下，濾波器的設計就要進行大量復雜的運算，單純的靠公式計算和編制簡單的程序很難在短時間內完成設計。利用MATLAB強大的計算功能進行計算機輔助設計，可以快速有效的設計數(shù)字濾波器，大大的簡化了計算量，直觀簡便。</p><p>　　4.1.1 IIR數(shù)字濾波器的設計 &l

88、t;/p><p>　　IIR數(shù)字濾波器最大的優(yōu)點是給定一組指標時，他的階數(shù)要比相同組的FIR濾波器的低得多?；贛atlab的IIR濾波器的設計方法主要有完全設計法、模擬原型設計法和直接設計法等。 </p><p><b>　?。?）模擬原型法</b></p><p>　　采用經典低通濾波器作為連續(xù)域上的設計模型，通過頻域變換得到IIR數(shù)字濾波器

89、，最后還要進行離散化處理。Matlab提供的低通模擬濾波器原型函數(shù)包括：besselap，buttap，cheb1lp，cheb2ap，ellipap；頻域變換函數(shù)包括：lp2bp，lp2bs，lp2hp，lp2lp；離散化處理函數(shù)有bilinear和impinvar。</p><p><b>　?。?）完全設計法</b></p><p>　　Matlab信號處理工具

90、箱提供了幾個直接設計IIR數(shù)字濾波器的函數(shù)，直接調用就可以設計濾波器，這為設計通用濾波器提供了方便。</p><p>　　設計Butterworth濾波器用函數(shù)butter()，可以設計低通、高通、帶通和帶阻的數(shù)字和模擬濾波器，其特性是通帶內的幅度響應最大限度的平滑，但損失了截止頻率處的下降斜度。</p><p>　　設計Chebyshev I型濾波器用函數(shù)chebyl()?？梢栽O計低通、

91、高通、帶通和帶阻的數(shù)字和模擬ChebyshevI型濾披器，其通帶內為等波紋，阻帶內為單調。Chebyshev I型濾波器的下降斜度比II型大，但其代價是通帶內波紋較大。</p><p>　　設計Chebyshev II型濾波器用函數(shù)cheby2()?？梢栽O計低通、高通、帶通和帶阻的數(shù)字和模擬Chebyshev II型濾波器，其通帶內為單調，阻帶內等波紋。Chebyshev II型濾波器的下降斜度比I型小，但其阻帶

92、內波紋較大。</p><p>　　設計橢圓濾波器用函數(shù)ellip()，與cheby1，cheby2類似，可以設計低通、高通、帶通和帶阻的數(shù)字和模擬濾波器。與Butterworth和chebyshev濾波器相比，ellip函數(shù)可以得到下降斜度更大的濾波器，得到通帶和阻帶均為等波紋。一般情況下，橢圓濾波器能以最低的階實現(xiàn)指定的性能指標。</p><p><b>　?。?）直接設計法&

93、lt;/b></p><p>　　直接設計方法的思想是基于給定的濾波器參數(shù)直接在離散域上尋找合適的數(shù)字濾波器，他不限于常規(guī)的濾波器類型，如低通、高通、帶通和帶阻等。這種方法甚至可以設計多帶的頻率響應，Matlab提供yulewalk函數(shù)用于輔助設計。</p><p>　　（4）通用Butterworth設計方法</p><p>　　使用這種方法設計的Butte

94、rworth數(shù)字濾波器可以有不同數(shù)目的零點和極點，Matlab提供的maxflat函數(shù)實現(xiàn)了這一功能。這個函數(shù)與butter函數(shù)很相似，但他可以指定兩個階參數(shù)，其中歸一化和非歸一化各一個。如果這兩個參數(shù)的值相同，那么他與butter函數(shù)的結果就是相同的。</p><p><b>　　（5）參數(shù)建模法</b></p><p>　　尋找接近于所需要設計的濾波器的通用模型，

95、時域上的建模函數(shù)為lpc，prony，Stmcb；頻域上的建模函數(shù)有invfreqs和invfreqz。</p><p>　　4.1.2 FIR數(shù)字濾波器的設計</p><p>　?。?）根據(jù)過渡帶寬及阻帶衰減要求，選擇窗函數(shù)的類型并估計窗口長度N（或階數(shù)M=N-1）。窗函數(shù)類型可根據(jù)最小阻帶衰減AS獨立選擇，因為窗口長度N對最小阻帶衰減As沒有影響。在確定窗函數(shù)類型以后，可根據(jù)過渡帶寬小

96、于給定指標確定所擬用的窗函數(shù)的窗口長度N。設待求濾波器的過渡帶寬為△ω，它與窗口長度N近似成反比。窗函數(shù)類型確定后，其計算公式也確定了，不過這些公式是近似的，得出的窗口長度還要在計算中逐步修正。原則是在保證阻帶衰減滿足要求的情況下，盡量選擇較小的N。在N和窗函數(shù)類型確定后，即可調用MATLAB中的窗函數(shù)求出窗函數(shù)w(n)。</p><p>　　（2）根據(jù)待求濾波器的理想頻率響應求出理想單位脈沖響應。如果給出待求濾

97、波器的頻率響應為，則理想的單位脈沖響應可以用下面的傅里葉反變換式求出： (4-3)</p><p>　　在一般情況下，是不能用封閉公式表示的，需要采用數(shù)值方法表示。從ω=0到ω=2π采樣N點，采用離散傅里葉反變換(IDFT)即可求出。</p><p>　?。?）計算濾波器的單位脈沖響應。它是理

98、想單位脈沖響應和窗函數(shù)的乘積，即 （4-4）</p><p>　?。?）驗算技術指標是否滿足要求。為了計算數(shù)字濾波器在頻域中的特性，可調用freqz子程序，如果不滿足要求，可根據(jù)具體情況，調整窗函數(shù)類型或長度，直到滿足要求為止。</p><p>　　使用窗函數(shù)法設計時要滿足以下兩個條件：</p><

99、;p>　　（1）窗譜主瓣盡可能地窄，以獲得較陡的過渡帶；</p><p>　　（2）盡量減少窗譜的最大旁瓣的相對幅度，也就是使能量盡量集中于主瓣，減小峰肩和紋波，進而增加阻帶的衰減。</p><p>　　根據(jù)工程經驗，給定的濾波器指標參數(shù)一般為通帶截止頻率ωp、阻帶截止頻率ωs、實際通帶波動Rp和最小阻帶衰減As。</p><p>　　在實際工程中常用的窗函數(shù)

100、有五種，即矩形窗、三角窗、漢寧窗、海明窗和凱澤窗。這些窗函數(shù)在MATLAB中分別用boxcar、triang、hanning、hamming、kaiser實現(xiàn)，它們之間</p><p>　　的性能比較如表所示。</p><p>　　表4-1 五種窗函數(shù)的比較</p><p>　　4.2 巴特沃斯IIR濾波器的設計</p><p>　　在MAT

101、LAB下，設計巴特沃斯IIR濾波器可使用butter函數(shù)[12]。</p><p>　　Butter函數(shù)可設計低通、高通、帶通和帶阻的數(shù)字和模擬IIR濾波器，其特性為使通帶內的幅度響應最大限度地平坦，但同時損失截止頻率處的下降斜度。在期望通帶平滑的情況下，可使用butter函數(shù)。butter函數(shù)的用法為：[b,a]=butter(n,Wn,/ftype/)其中n代表濾波器階數(shù)，Wn代表濾波器的截止頻率，這兩個參數(shù)

102、可使用buttord函數(shù)來確定。buttord函數(shù)可在給定濾波器性能的情況下，求出巴特沃斯濾波器的最小階數(shù)n，同時給出對應的截止頻率Wn。buttord函數(shù)的用法為：[n,Wn]= buttord(Wp,Ws,Rp,Rs)其中Wp和Ws分別是通帶和阻帶的拐角頻率（截止頻率），其取值范圍為0至1之間。當其值為1時代表采樣頻率的一半。Rp和Rs分別是通帶和阻帶區(qū)的波紋系數(shù)。</p><p>　　不同類型（高通、低通、

103、帶通和帶阻）濾波器對應的Wp和Ws值遵循以下規(guī)則：</p><p>　?。?）高通濾波器：Wp和Ws為一元矢量且Wp>Ws；</p><p>　?。?）低通濾波器：Wp和Ws為一元矢量且Wp<Ws；</p><p>　?。?）帶通濾波器：Wp和Ws為二元矢量且Wp<Ws；</p><p>　　（4）帶阻濾波器：Wp和Ws為二

104、元矢量且Wp>Ws。</p><p>　　4.3 契比雪夫I型IIR濾波器的設計</p><p>　　在期望通帶下降斜率大的場合，應使用橢圓濾波器或契比雪夫濾波器。在MATLAB下可使用cheby1函數(shù)設計出契比雪夫I型IIR濾波器。</p><p>　　cheby1函數(shù)可設計低通、高通、帶通和帶阻契比雪夫I型濾IIR波器，其通帶內為等波紋，阻帶內為單調。契比

105、雪夫I型的下降斜度比II型大，但其代價是通帶內波紋較大。cheby1函數(shù)的用法為：[b,a]=cheby1(n,Rp,Wn,/ftype/)在使用cheby1函數(shù)設計IIR濾波器之前，可用cheblord函數(shù)求出濾波器階數(shù)n和截止頻率Wn。cheblord函數(shù)可在給定濾波器性能的情況下，選擇契比雪夫I型濾波器的最小階和截止頻率Wn。cheblord函數(shù)的用法為：[n,Wn]=cheblord(Wp,Ws,Rp,Rs)其中Wp和Ws分別是

106、通帶和阻帶的拐角頻率（截止頻率），其取值范圍為0至1之間。當其值為1時代表采樣頻率的一半。Rp和Rs分別是通帶和阻帶區(qū)的波紋系數(shù)。</p><p><b>　　第五章 方案設計</b></p><p>　　5.1 FIR數(shù)字濾波器的設計</p><p>　　5.1.1 帶通濾波器的設計實例</p><p>　　在小電流接

107、地系統(tǒng)中注入84.6Hz的正弦信號，對其進行跟蹤分析，要求設計一帶通數(shù)字濾波器，濾除工頻及整次諧波，以便在非常復雜的信號中分離出該注入信號。參數(shù)要求：98階FIR數(shù)字濾波器，采樣頻率1000Hz，采用Hamming窗函數(shù)設計[13]。</p><p>　　首先在Filter Type中選擇Bandpass（帶通濾波器）；在Design Method選項中選擇FIR Window（FIR濾波器窗函數(shù)法），接著在Wi

108、ndow Specifications選項中選取Hamming；指定Filter Order項中的Specify Order＝97；由于采用窗函數(shù)法設計，只要給出通帶下限截止頻率Fc1和通帶上限截止頻率Fc2，選取Fc1＝80Hz，F(xiàn)c2＝100Hz。設置完以后點擊Design Filter即可得到所設計的FIR濾波器。通過菜單選項Analysis可以在特性區(qū)看到所設計濾波器的幅頻響應、相頻響應、零極點配置和濾波器系數(shù)等各種特性。設計完

109、成后將結果保存為圖5.1 1.fda文件。</p><p>　　圖5.1 1.fda文件</p><p>　　在設計過程中，可以對比濾波器幅頻相頻特性和設計要求，隨時調整參數(shù)和濾波器類型，以便得到最佳效果。其它類型的FIR濾波器和IIR濾波器也都可以使用FDATool來設計。</p><p>　　在中按（Magnitude Response）。</p>

110、<p>　　圖5-2 損耗函數(shù)曲線</p><p>　　在中按 （Phase Response）。</p><p>　　圖5-3 濾波器幅頻和相頻響應（特性區(qū)）</p><p>　　與其他高級語言的程序設計相比，MATLAB環(huán)境下可以更方便、快捷地設計出具有嚴格線性相位的FIR濾波器，節(jié)省大量的編程時間，提高編程效率，且參數(shù)的修改也十分方便。還可以進一步