基于MATLAB的FIR数字滤波器的仿真.pptx

基于matlab的 fir数字滤波器的仿真,答辩人: 林 导 师: 刘华 专 业: 电子信息科学与技术,09级毕业论文答辩,1of 20,目 录,1,论文主要工作,结 论,概 述,3,结 论,2,主要设计内容,2 of 20,一、概述,1.1 课题研究背景,1.2 课题研究的目的与意义,1.3 课题研究的主要内容,3 of 20,1.1 课题研究背景,随着信息时代和数字化世界的到来，数字信号处理已成为当前极其重要的学科和技术领域，而在数字信号处理中，起着重要作用并已得到广泛应用的是数字滤波器（digital filter，简称df），它是数字信号处理的基础，可用于消除干扰和除去不需要的背景噪声等等。 matlab软件在许多研究领域中都有广泛的应用，它的频谱分析和滤波器分析设计功能很强，可以大大简化计算量，使数字信号处理变得十分简捷，从而提高了设计效率。,4 of 20,1.2 课题研究目的与意义,研究意义： 在数字滤波器的设计过程中，采用matlab语言，充分发挥matlab软件在数值计算、图像处理中的优势，能非常容易地设计出具有严格要求的滤波器。,研究目的： 传统数字滤波器的设计过程复杂，计算量大，滤波特性调整困难，影响了它的应用。因此，本文介绍了一种基于matlab的数字滤波器设计方法。,5 of 20,1.3 主要研究内容,本文主要研究的是数字滤波器中的有限冲激响应（fir）滤波器设计方法与实现方法，文中主要采用窗函数方法进行设计，并对设计的滤波器进行信号检验对比分析。,6 of 20,二、主要设计内容,2.2 数字滤波器设计步骤,2.1 数字滤波器原理与结构,2.3 fir数字滤波器设计,7 of 20,2.1 数字滤波器原理与结构,数字滤波器的原理是：输入输出均为离散的数字信号，借助于一定的数值计算方法和数字器件对输入信号进行处理，改变输入信号的频谱或波形，从而达到保留信号中的有用成分，去除冗余成分的目的。数字滤波器的结构如图2-1所示。 图2-1 数字滤波器结构 其时域输入输出关系为： 两边同时作傅里叶变换可得频域表达式：,h(n),x(n),y(n),y(jw)=x(jw).h(jw),y(n)=x(n)*h(n),8 of 20,2.2 数字滤波器设计步骤,根据不同用途提出数字滤波器的技术指标、性能要求。 设计一个稳定的、因果的数学模型h(z)来逼近所要求的技术指标，并用有限精度的运算实现所设计的系统。 设计专用的数字硬件来实现这个数字模型，或者通过电子计算机运行程序软件予以实现。,9 of 20,2.3 fir数字滤波器设计,fir数字滤波器的特点 窗函数简介 窗函数法设计fir滤波器,10 of 20,fir数字滤波器的特点,1、稳定 fir滤波器的系统函数h(z)为： 其中，n是fir滤波器单位脉冲响应h(n)的长度。 h(z)是z-1的(n-1)次多项式，因此它在z平面上有(n-1)个零点，而原点z=0是它的(n-1)阶重极点，所以，h(z)永远稳定。,2、线性相位 fir滤波器的传输函数为： 其中，h ()称为幅度特性，()称为相位特性。 线性相位有两类： 第一类线性相位满足()=-（为常数），条件是h(n)是实序列且对(n-1)/2偶对称，即h(n)=h(n-n-1)； 第二类线性相位满足()=0-（0是起始相位），条件是h(n)是实序列且对(n-1)/2奇对称，即h(n)=-h(n-n-1)。,11 of 20,窗函数简介,本文主要介绍了矩形窗、三角形窗、汉宁窗、海明窗、布莱克曼窗和凯塞窗五种窗函数。各窗函数的基本参数如表2-1所示。 表2-1 各种窗函数的基本参数,12 of 20,窗函数法设计fir数字滤波器,已知理想滤波器的频率响应传输函数为：,由傅立叶反变换可得：,采用适当的窗函数(n)截取hd(n)其中的一段h(n)：,若窗口宽度为n，则该滤波器的系统传递函数h(z)：,13 of 20,低通滤波器：,理想低通滤波器的频率特性,实际低通滤波器的频率特性,14 of 20,主要设计方法,窗函数法设计流程图,15 of 20,用窗函数法设计低通滤波器,设计要求： 通带频率wp=0.2 阻带频率ws=0.4，阻带衰减22db 分析： 阻带衰减22db，所以选用矩形窗,16 of 20,仿真结果,（a）,（b）,（c）,（d）,17 of 20,最后在matlab中构建检验信号对所设计的滤波器进行检验，下图为设计的低通滤波器验证图形。,仿真验证：,18 of 20,三、结 论,本文分析了采用matlab语言进行fir数字滤波器的设计，最终实现了fir数字低通、高通、带通及带阻滤波器的设计。