FIR滤波器的设计及在车辆动态试验中的应用.doc

目 录 第1章 绪论 1 1.1 研究背景与意义 1 1.2 数字滤波器的发展 1 1.3 设计的主要内容 2 第2章 数字滤波器的简介 5 2.1 数字滤波器的介绍 5 2.2 数字滤波器的分类 6 第3章 FIR滤波器设计及分析 8 3.1 FIR数字滤波器设计的基本思想 8 3.2 方法一 频率取样法设计FIR数字滤波器 9 3.2.1 频率取样法设计的基本思路 9 3.2.2 频率取样法设计FIR数字滤波器的实现 FIR滤波器 16 3.3.1 窗函数的介绍 16 3.3.2 基于窗函数方法的FIR滤波器的原理及特性分析 17 3.4 方法三 等效最佳一致逼近法设计FIR数字滤波器 20 3.4.1 低通 22 3.5 小结 三种方法的总结与对比 24 第4章 基于窗函数的FIR滤波器的设计及在车辆动态试验中的应用 27 4.1 基于窗函数的FIR滤波器设计 27 4.1.1 高通滤波器的设计 27 4.2.2 低通滤波器的设计 29 4.2 动态试验的介绍和应用 31 第5章 结论 34 参考文献 36 致谢 37 附录 38 附件 附件1 开题报告 附件2 译文及原文影印件  第1章 绪论 1.1 研究背景与意义 随着信息时代和数字世界的到来，数字信号处理己成为当今一门极其重要的学科和技术领域。数字信号处理在通信、语音、图像、自动控制雷达、军事、航空航天、医疗和家用电器等众多领域得到了广泛的应用。数字滤波器是数字信号处理的重要基础，在对信号的滤波、检测及参数的估计等信号应用中，数字滤波器是使用最为广泛的一种线性系统。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　　MATLAB是一种面向科学和工程计算的语言，它集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体，具有编程效率高、调试手段丰富、扩充能力强等特点。MATLAB的信号处理工具箱具有强大的函数功能，它不仅可以用来设计数字滤波器，还可以使设计达到最忧化，是数字滤波器设计的强有力工具近20 多年来,数字信号处理(DSP) 技术紧紧围绕理论、实现及应用3 个方面迅速发展起来,广泛应用于众多的学科和领域。数字滤波技术就是DSP 的一个主要部分。随着现代通信的数字化DSP (包括数字滤波技术) 变得更加重要。MATLAB 这种用于科学和工程计算的高级语言,与其他高级语言相比具有独特的优点。MATLAB 工具箱为不同领域的用户提供了一条捷径,而MATLAB 的信号处理工具箱为滤波器的设计和谱分析提供了广泛的支持。 滤波器在数值信号处理中有广泛的应用，为此我们将简单介绍滤波器。若滤波器的输入、输出都是离散时间信号，那么，该滤波器的冲击响应（或滤波因子）也必然是离散 的，我们称这样的滤波器为数字滤波器（digital filter）。当用硬件实现一个digital filter时，所需的元件是延迟器、乘法器和加法器。当在计算机上用软件实现时，它就是一段线性褶积（或卷积）的程序。 我们知道，模拟滤波器（analog filter）只能用硬件来实现，其元器件是r，l，c及运算放大器或开关电路。因此，digital filter的实现要比analog filter容易的多，而且易获得较为理想的效果。 滤波器的种类很多，分类方法也不同，如可以从功能上分，也可以从实现方法上分，或从设计方法上来分等等。但总的来说，滤波器可以分为两大类，即经典滤波器和现代滤波器。经典滤波器是假定输入信号x(n)中的有效信号和噪声（或干扰）信号成分各在不同的频 带，当x(n)通过一个线性滤波系统后，可以将欲噪声信号成分有效地去除。可是，如果有效信号和噪声信号的频率带相互重叠，那么经典的滤波器将无能为力。 现在的地质雷达信号处理中的滤波器主要采用经典的滤波器进行处理。因此有时滤波效果较好，有时较差。 现代滤波理论研究的主要内容是从含有噪声的数据记录（又称为时间序列）中估计出信号的某些特征或信号本身。一旦信号被估计出，那么估计出的信号将比原信号会有高的信噪比。现代滤波器把信号和噪声都视为随机信号，利用它们的统计特征（如自相关函数、功率谱 函数等等）导出一套最佳的估值算法，然后用硬件和软件实现。目前现代滤波器主要有：维纳滤波器、卡尔曼滤波器、线性预测器、自适应滤波