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信号分析与处理课程设计报告书课案
课程设计任务书
学生姓名: 陈 专业班级: 电信140班
指导教师: 吴 巍 工作单位: 信息工程学院
题 目:FIR低通滤波器的设计
初始条件:
具备数字信号处理的理论知识;
具备Matlab编程能力;
熟悉低通滤波器的设计原理;
提供编程所需要的计算机一台
要求完成的主要任务:(包括课程设计工作量及其技术要求,以及说明书撰写等具体要求)
1、设计通带截止频率为200Hz的FIR数字低通滤波器;
2、独立编写程序实现
3、完成符合学校要求的设计说明书
时间安排:
一周,其中3天程序设计,2天程序调试
指导教师签名: 年 月 日
系主任(或责任教师)签名: 年 月 日
目 录
摘要 1
1.概述 2
1.1 数字滤波器基本概念 2
1.2 FIR滤波器 2
2.FIR低通滤波器实现方法 3
2.1频率取样法介绍 3
2.2 窗函数法 4
2.2.1 设计原理 4
2.2.2 设计步骤 4
3.MATLAB窗函数仿真设计 5
3.1MATLAB中的窗函数 5
3.2滤波器参数设计 5
3.3仿真实现 6
3.3.1 仿真程序及结果 6
3.3.2 结果检测 8
3.4结果分析 10
4.心得体会 12
参考文献 12
摘要
随着计算机技术的快速发展,数字和信息时代也已经来临。在当代《数字信号处理》已经成为信息领域的一门重要学科和技术。数字信号处理技术已经运用在图像处理、语音通信等多个方面,由此可见其应用价值。而其中数字滤波器(DF,Digital Filter)也成为处理各种数字信号的重要工具。
在本次课程设计中运用MATLAB进行一个有限长单位冲击响应MathWorks公司推出的一套用于科学计算和图形处理实的可视化、高性能语言软件工具因此本次课设又要求掌握MATLAB在数字信号处理中的一些运用技能MATLAB中可以运用窗函数编程实现
关键词: FIR低通滤波器MATLAB,窗函数,数字滤波器
1.概述滤波器基本概念
F是
从频域上,DF可以分成低通、高通、带通、带阻滤波器;从结构上,DF可分为无限长冲激响应(IIR)滤波器和有限长冲激响应(FIR)滤波器。IIR滤波器的主要特点是系统含有反馈支路,结构上是递归的,其单位冲激响应是无限长的,对同样的滤波器过渡带要求,他实现的阶数较低,因而减少了延时器和乘法器。但它存在系统稳定性问题,如果设计不当可能会无法工作。FIR滤波器是一种非递归系统,其冲激响应是有限长的,最大特点是构成严格的线性相位,在图像处理等应用领域非常重要。
1.2 FIR滤波器
FIR滤波器的单位冲激响应是有限的因而滤波器一定会是稳定的而且经过一定的延时后任何非因果有限长序列都能都能变成因果的有限长序列再则
FIR滤波器的单位冲激响应h(n)是有限长的(),其z变换为
H(z)= (1.1)
显然1的1个零点有1阶极点全部在z平面的原点处
(1) h(n)是个有限长序列,故FIR滤波器一定是稳定的;
(2)系统函数|H(z)|在|z|0处收敛,极点全部在z=0处;
(3)结构上主要是非递归结构,没有输出到输入反馈。但有些结构中(例如频率抽样结构)也包含有反馈的递归部分。
(4)经延时后h(n)总可变成因果序列,所以FIR 滤波器总可以由因果系统实现,FIR滤波器的单位冲激响应是有限长的,故可以用快速傅里叶算法实现。
2.FIR低通滤波器实现方法
根据序列傅里叶的变换与离散傅里叶变换的关系,一个任意长的序列,对它的频率特性进行N等分间隔抽样,利用离散傅里叶反变换,可以得到一个N点的有限长序列。这个有限长序列是原序列以N为周期的周期序列的主值序列,因而它的频率特性也将逼近原序列所对应的频率特性。
因而,对一个理想的频响,其对应的单位抽样响应的是h(n),如果对H在单位圆作N等分间隔抽样,得到N个频率抽样值H,由H(k)经IDFT得到N点的有限长序列h(n),则
(2.1)
式中是N点矩阵序列。h(n)是的主值序列,因此,由h(n)求得的频率响应逼近,这就是频率抽样法的基本过程,从而频率抽样法设计的基本步骤可归纳为:
对抽样所得表示为:
(k=0,1,2……) (2.2)
由至再至的过程
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