《数字信号处理》课程设计报告-数字滤波器的设计.docVIP

《数字信号处理课程设计报告》 题 目： 数字滤波器的设计 学 院： 信息工程学院 专 业： 通信工程 班 级： 0801班 姓 名： 指导教师： 2010年 12月19日 目 录 1. 课程设计目的和意义 3 2. 课程设计题目描述和要求 3 2.1 设计要求 3 2.2 设计理论基础 3 3．设计内容 5 3.1 设计思想 5 3.2 设计分析 5 3.3 MATLAB语言程序 8 3.4 程序运行结果 9 3.5应注意的问题 11 4. 总结 12 参考书目 13 课程设计目的和意义 （1）学会MATLAB的使用，掌握MATLAB的程序设计方法； （2）掌握数字信号处理的基本概念、基本理论和基本方法； （3）掌握MATLAB设计IIR滤波器。 2. 课程设计题目描述和要求 2.1 设计要求 （1）使用双线性变换法设计一个数字Butterworth 滤波器； （2）设计指标是: , , , ； 2.2 设计理论基础 （1）数字滤波器技术的发展状况 数字滤波器是数字信号处理理论的一部分。数字信号处理主要是研究用数字或符号的序列来表示信号波形，并用数字的方式去处理这些序列，把它们改变成在某种意义上更为有希望的形式，以便估计信号的特征参量，或削弱信号中的多余分量和增强信号中的有用分量。具体来说，凡是用数字方式对信号进行滤波、变换、调制、解调、均衡、增强、压缩、固定、识别、产生等加工处理，都可纳入数字信号处理领域。 数字信号处理学科的一项重大进展是关于数字滤波器设计方法的研究。关于数字滤波器，早在上世纪40年代末期就有人讨论它的可能性问题，在50年代也有人讨论过数字滤波器，但直到60年代中期，才开始形成关于数字滤波器的一整套完整的正规理论。在这一时期，提出了各种各样的数字滤波器结构，有的以运算误差最小为特点，有的则以运算速度高见长，而有的则二者兼而有之。出现了数字滤波器的各种通近访法和实现方法，对递归和非递归两类滤波器作了全面的比较，统一了数字滤波器的基本概念和理论。 （2）MATLAB 软件简介 MATLAB是英文Matrix Laboratory (矩阵实验室)的缩写。它是由美国Mathworks公司推出的用于数值计算和图形处理的数学计算环境。在MATLAB环境下，用户可以集成地进行程序设计、数值计算、图形绘制、输入输出、文件管理等各项操作。它优秀的数值计算能力和卓越的数据可视化能力使其很快在同类软件中脱颖而出。MATLAB系统最初是由Cleve Moler 用FORTRAN语言设计的，现在的MATLAB程序是Mathworks公司用C语言开发的。它的第一版(DOS版本1.0)发行于1984年；经过20年的不断改进，MATLAB已经成为国际上最流行的科学与工程计算的软件工具，最流行的计算机高级编程语言了，有人称它为“第四代”计算机语言，它在国内外高校和研究部门正扮演着重要的角色。MATLAB语言的功能也越来越强大，不断适应新的要求提出新的解决方法。可以预见，在科学运算、自动控制与科学绘图领域MATLAB语言将长期保持其独一无二的地位。MATLAB语言之所以能如此迅速地普及，显示出如此旺盛的生命力，是由于它有着不同其他语言的特点。 无限长单位冲级响应数字滤波器的优点是可以利用模拟滤波器设计的结果，而模拟滤波器的设计有大量图表可查，方便简单。但是它也有明显的缺点，就是相位的非线性；若需线性相位，则要采用全通网络进行相位校正[3]。IIR滤波器可以代替对非线性相位没有要求的FIR滤波器，同样幅度特性，IIR滤波器所需阶数比FIR滤波器的阶数少很多。IIR数字滤波器的设计借助模拟滤波器原型，再将模拟滤波器转换成数字滤波器，这些过程已经成为一整套成熟的设计程序。模拟滤波器的设计已经有了一套相当成熟的方法，它不但有完整的公式，而且还有较为完整的图表查询，因此，充分利用这些已有的资源将会给数字滤波器的设计带来很大的方便。已知数字低通滤波器的设计要求，首先设计一个等效的模拟滤波器，然后再将它映射为所期望的数字滤波器来确定。 在信号处理中,软件实现大多使用BASIC、FOR TRAN和C语言,这在处理如 FFT等复杂的数学问题和输出图形时有许多不便。MATALAB是一种可视化的功能强大的系统分析和仿真工具,其工具