第七章 滤波器设计方法精要.ppt

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第七章 滤波器设计方法精要.ppt

脉冲响应: M = 37为奇数, 第二类线性相位滤波器 频率响应: 通带和阻带的逼近误差 误差定义: 误差对称性,最大误差略大于0.001,取M=38,最大误差0.0008 7.2.4 Kaiser窗与其它窗之间的关系 窗函数设计法的基本原理: 用一个有限长窗函数去截取理想脉冲响应(时域) 相应在频域产生的结果: 理想频率响应与窗函数的傅立叶变换进行了卷积 直接的效果:模糊了理想滤波器频率响应的间断特性 方法的特性: 过渡带的带宽由窗函数傅立叶变换的主瓣确定 通带与阻带的波纹由窗函数旁瓣的积分(卷积计算)产生 通带与阻带的波纹近似相等(窗函数的对称性) 逼近指标(最大通带和阻带的偏差)不取决窗长M 只取决窗函数的形状 Kaiser窗与其它窗的比较: 7.3 Kaiser窗法设计FIR滤波器举例 用窗函数截取任何理想脉冲响应(高通、带通、带阻等) ? 相应任何的因果FIR滤波器 (逼近) 7.3.1 高通滤波器 线性相位的理想高通滤波器频率响应: 比较于理想低通,可以看出: 得到: 积分区间(-π,π ) 例 7.9 设计高通滤波器 技术指标: ωs = 0.35π, ωp = 0.5π, δ = δ1= δ2 = 0.021 根据公式求出Kaiser窗的参数:β = 2.6,M = 24, 取ωc = (0.35π+ 0.5π)/2,得高通滤波器的脉冲响应: 第一类线性相位FIR滤波器 频率响应: 实际逼近误差= 0.0213 略大于要求指标 保持β不变,增大M为25 ------ 第二类线性相位FIR滤波器 该类滤波器强迫 z = -1 (ω = π)为零点 导致在ω = π附近误差增大 增大M并不一定提高指标 7.3.2 离散时间微分器 线性相位理想离散时间微分器的频率响应: 对应的理想脉冲响应: 容易证明: hdiff[n] = -hdiff[M-n] ------- 奇对称,第三、四类线性相位系统 用长度为(M+1)的对称窗截取后, h[n]= -h[M-n] 例 7.10 用Kaiser窗设计微分器 假设M=10, β= 2.4,得 M为偶数, z = +1 (ω=0), z = -1(ω=π)为零点 逼近误差: 取M = 5, β = 2.4,第四类线性相位FIR系统 不强制z = -1(ω=π)为零点,逼近程度非常好 代价:非整数个样本延迟 π/2 + M/2 7.6 IIR和FIR数字滤波器的评价 最好系统(滤波器)?FIR? IIR? 最好设计方法(得出最好结果)? 没有最好,只有最合适 IIR滤波器: (1)有完整的设计公式,设计简便,快捷 (2)只限于选频滤波器 (3)相频特性无要求场合,不能用于线性相位 (4)经济性好,占资源少(阶数低) FIR滤波器: (1)没有完整的设计方程,需要迭代 (2)精确的线性相位 (3)任意的幅频特性(形状) (4)更多的可控性,具有适用于各种实际情况的最佳理论 第七章习题 7.1, 7.2, 7.4, 7.5, 7.6, 7.9, 7.10, 7.16 六阶Butterworth低通滤波器频率响应: ω=0.2π ? -0.56dB (0.937) ω=0.3π ? -15dB (0.1778) 阻带比连续滤波器下降快 ω = π ? Ω = ∞ 频率轴被压缩 连续Butterworth滤波器幅度平方函数: 可用双线性变换的频率关系式: 直接代入得到离散Butterworth滤波器幅度平方函数: 式中 实际设计并不首先用,因为上式无法获得在z平面的极点,从而得到单位圆内的极点 ? 滤波器的系统函数H(z) 双线性变换法的Butterworth,Chebyshev, elliptic滤波器逼近例子 所设计低通离散滤波器的技术指标: 即δ1=0.01, δ2=0.001, ωp=0.4π, ωs=0.6 例7.4 Butterworth逼近 省去具体计算过程,可得N=14,频率响应如图: 对数幅度图 通带的幅度图: 群延迟图: 例7.5 Chebyshev逼近 Chebyshev的类型: I型:频率响应 ---- 通带呈纹波特性,阻带单调 II型:频率响应 ----- 阻带呈纹波特性,通带单调 两种类型逼近阶数N均为八阶(比Butterworth要低) I型逼近的频率响应图: 通带中幅度细节图: 群延迟图: II型逼近的频率响应图 通带中的细节图: 群延迟图: 若通带和阻带均容许纹波 滤波器的

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