《基于遗传算法的数字滤波器的设计与仿真》-毕业学术论文（设计）.doc

大连交通大学2007届本科生毕业设计（论文） PAGE PAGE 21 绪论 在近代电信设备和各类控制系统中，滤波器是应用最为广泛的电子部件，作为一种必不可少的组成部分处在了一个十分重要的位置,并日益显示出巨大的应用价值。数字滤波器是由数字乘法器、加法器和延时单元组成的一种算法或装置。通过对输入的离散信号的数字代码进行运算处理，以达到改变信号频谱的目的。数字滤波器具有高精度、高可靠性、可程控改变特性或复用、便于集成等优点。数字滤波器在语言信号处理、图像信号处理、医学生物信号处理以及其他应用领域都得到了广泛应用。 但是数字滤波器的一般设计方法难以达到科学技术的发展要求，人们开始致力于将自然界优胜劣汰的遗传机制——遗传算法，应用到数字滤波器的设计中。遗传算法是模拟生物在自然环境中的遗传和进化过程而形成的一种自适应全局优化概率有哪些信誉好的足球投注网站的算法，它提供了一种求解复杂系统优化问题的通用框架。我们知道，数字信号处理的过程就是从噪声中提取有效信号的过程，而这些问题也就是提取最优解的问题，将遗传算法应用到数字滤波器的设计中是一次崭新的尝试。 本文在参考大量文献的基础上，将遗传算法应用到数字滤波器的设计方法中，是对原始设计方法的一种优化设计，本文章节安排如下： （1）第二章：主要介绍数字滤波器的简单概述与分类； （2）第三章：详细介绍数字滤波器中应用广泛的FIR、IIR数字滤波器的典型设计方法，包括基本原理、设计方法、技术和指标要求等，并将两者数字滤波器进行系统的比较； （3）第四章：将遗传算法做以介绍，内容涉及遗传算法的产生与发展、遗传算法的特点与遗传算法的应用领域。最后，重点提出遗传算法的基本流程； （4）第五章：简单介绍Matlab软件，全面介绍基于遗传算法的数字滤波器的设计方法，详细描述所采用的数学模型、设计步骤，对FIR、IIR数字滤波器的优化设计方法进行比较，并给出计算机Matlab仿真结果。 （5）第六章：总结与展望，对所做的工作进行总结以及对以后还需进行的工作的展望。 数字滤波器 2.1数字滤波器的简介 数字滤波器一词出现在60年代中期。由于电子计算机技术和大规模集成电路的发展，数字滤波器已可用计算机软件实现，也可用大规模集成数字硬件实时实现。滤波器是指用来对输入信号进行滤波的硬件和软件。所谓数字滤波器是一个离散时间系统，按预定的算法，将输入离散时间信号转换为所要求的输出离散时间信号的特定功能的装置。也可以说成是通过一定运算关系改变输入信号所含频率成分的相对比例或者滤除某些频率成分的器件。 数字滤波器和模拟滤波器相比，因为信号的形式和实现滤波的方法不同，数字滤波器具有比模拟滤波器精度高、稳定、不要求阻抗匹配等特点。应用数字滤波器处理模拟信号时，首先须对输入模拟信号进行限带、抽样和模数转换。数字滤波器输入信号的抽样率应大于被处理信号带宽的两倍，其频率响应具有以抽样频率为间隔的周期重复特性，且以折叠频率即1／2抽样频率点呈 HYPERLINK /view/3555.htm \t _blank 镜像对称。为得到模拟信号，数字滤波器处理的输出数字信号须经 HYPERLINK /view/873549.htm \t _blank 数模转换、平滑。 一般用两种方法来实现数字滤波器：一是采用通用计算机，把滤波器所要完成的运算编程通过计算机来执行，也就是采用计算机软件来实现；二是设计专用的数字处理硬件。 2.2数字滤波器的分类 从数字滤波器功能上分类：可分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器。 按数字滤波器所处理信号的维数分为一维、二维或多维数字滤波器。一维数字滤波器处理的信号为单变量函数序列，例如时间函数的抽样值。二维或多维数字滤波器处理的信号为两个或多个变量函数序列。例如，二维图像离散信号是平面坐标上的抽样值。 根据数字滤波器的实现方法和型式分为三类：递归性数字滤波器，利用递归法实现的输出序列决定于现时的输入序列和过去任意数目的输入与输出序列值；非递归型数字滤波器，应用非递归或直接卷积的实现方法，使现在的输出序列仅是现在和过去的输入序列的函数；快速傅里叶变换（FFT）实现数字滤波。 从滤波器的网络结构或者从单位脉冲响应分类：可分为FIR滤波器： y(n)=h(n)= （2-1） 特点：不存在反馈支路，其单位冲激响应有限长。 和IIR滤波器： y(n)=-y(n-i) （2-2） 特点：存在反馈支路，即信号流图中存在环路，其单位冲激响应无限长。 2.3FIR和IIR数字