数字信号处理课程设计21.doc

课 程 设 计 目 的 （1）熟悉用窗函数法设计FIR数字滤波器的原理与方法； （2）了解用等波纹最佳逼近法设计FIR数字滤波器的原理与方法； （3）掌握调用MATLAB信号处理工具箱中滤波器设计函数（或滤波器设计分析工具fdatool）设计各种FIR数字滤波器，学会根据滤波需求确定滤波器指标参数; （4）通过观察滤波器输入输出信号的时域波形及其频谱，加深对数字滤波器的概念理解。 课 程 设 计 要 求 （1）简述线性相位FIR滤波器的特点及条件； （2）简述窗函数法FIR滤波器的设计步骤和等波纹最佳逼近法的设计思想； （3）解释吉布斯效应，比较各种典型窗函数的性能特点； （4）完成以上设计实验，并对结果进行分析和解释； （5）用窗函数法设计信号产生函数中的高通滤波器，其他参数不变，重新编写信号产生函数，并与前面程序的运行结果做比较； （6）打印程序清单和要求画出的信号波形； （7）写出本次课程设计的收获和体会 课 程 设 计 注 意 事 项 （1）分析设计内容及要求； （2）比较和选定设计的系统方案； （3）学习编程数字滤波器设计程序的方法，并能进行正确编程； （4）写出程序清单； （5）总结所设计电路的特点和方案的优缺点。 课 程 设 计 内 容 编制Matlab程序，完成以下功能：调用给定信号产生函数xtg产生混有高频噪声的信号(抑制载波调幅信号)的复合信号x(t)，通过观察x(t)的时域信号波形和幅频特性曲线，并根据信号频谱发布，设计FIR低通滤波器，从高频噪声中提取出有用信号。 课 程 设 计 简 要 操 作 步 骤 （1）调用信号产生函数xtg产生混有高频噪声的抑制载波单频调幅信号x(t)； （2）将有用信号分离出来，通过观察x(t)的幅频特性曲线，确定采用低通滤波器可以分离出有用信号； （3）根据滤波器技术指标选择合适的窗函数，计算窗函数长度N，编程序调用MATLAB滤波器设计函数设计FIR低通滤波器，并利用设计出的低通滤波器对x(t)进行滤波处理，绘制滤波器频率响应特性曲线和滤波器输出信号的幅频特性曲线和时域波形； （4）重复（3），滤波器技术指标不变，改用等波纹最佳逼近法设计FIR数字滤波器，并比较两种设计方法设计的滤波器的阶数。 课 程 设 计 心 得 体 会 通过本次数字信号处理课程设计，使我全面系统的了解了FIR数字滤波器的原理实现数字化是控制系统的重要发展方向，而数字信号处理已在通信、语音、图像、自动控制、雷达、军事、航空航天等领域广泛应用。数字信号处理方法通常涉及变换、滤波、频谱分析、编码解码等处理。数字滤波是重要环节，它能满足滤波器对幅度和相位特性的严格要求，克服模拟滤波器所无法解决的电压和温度漂移以及噪声等问题。而有限冲激响应FIR滤波器在设计任意幅频特性的同时能够保证严格的线性相位特性。利用FPGA可以重复配置高精度的FIR滤波器，使用VHDL硬件描述语言改变滤波器的系数和阶数，并能实现大量的卷积运算算法。结合MATLAB工具软件的辅助设计，使得FIR滤波器具有快速、灵活、适用性强，硬件资源耗费少等特点。FIR；滤波器一、绪论 6 二、FIR滤波器设计原理 6 三、FIR滤波器的设计及仿真 7 3.1信号X(t)的产生 7 3.2窗函数及等波纹最佳逼近法设计 9 四、结果分析 13 致 谢 13 参考文献 14 一、绪论 在许多数字信号处理系统中，FIR滤波器是最常用的组件之一，它完成信号预调、频带选择和滤波等功能。FIR滤波器在截止频率的边沿陡峭性能虽然不及IIR滤波器，但是，考虑到FIR滤波器严格的线性相位特性和不像IIR滤波器存在稳定性的问题，FIR滤波器能够在数字信号处理领域得到广泛的应用。FIR是有限冲激响应（Finite Impulse Response）的简称。由线性系统理论可知，在某种适度条件下，输入到线性系统的一个冲击完全可以表征系统。当我们处理有限的离散数据时，线形系统的响应（包括对冲击的响应）也是有限的。若线性系统仅是一个空间滤波器，则通过简单地观察它对冲击的响应，我们就可以完全确定该滤波器。通过这种方式确定的滤波器称为有限冲击响应（FIR）滤波器。FIR滤波器是在数字信号处理（DSP）中经常使用的两种基本的滤波器之一，另一个为IIR滤波器。IIR滤波器是无限冲激响应滤波器。为已知，则系统的输入/输出关系为： 对于低通滤波器，只要设计出低通滤波器的冲激响应函数，就可以由上式得到系统的输出了。假设所希望的数字滤波器的频率响应为，它是频域的周期函数，周期为2，那么它与相对应的傅立叶系数为以为冲激响应的数字滤波器将具有频域响。 但是将作为滤波器脉冲响应有两个问题： 它是无限长的，与FIP滤波器脉冲响应有限长这一前提不一致 它是非因果的， 对此，