(完整word版)基于MATLAB的数字滤波器的设计

1、基于MATLA的数字滤波器的设计1引言数字滤波器是指完成信号滤波处理功能的，用有限精度算法实现的离散线性非时变系统，其输入是一组（由模拟信号取样和量化的 ）数字量，其输出是经过变换或说处理的另一组数字量。数字滤波器具 有稳定性高、精度高、灵活性大等突出优点。这里所说的数字滤波器是指理想带通，低通等的频率选择数字滤波器。数字滤波器设计的一个重要步骤是确定一个可实现的传输函数H（z），这个确定传输函数H（z）的过程称为数字滤波器设计。数字滤波器的一般设计过程为：（1）按照实际需要，确定滤波器的性能要求（通常在频域内给定数字滤波的性能要求）。（2）寻找一满足预定性能要求的离散时间线性系统。（3）用有

2、限精度的运算实现所设计的系统。（4 ）通过模拟，验证所设计的系统是否符合给定性能要求。2数字滤波器的设计使信号按预 带通滤波器，IIR ）和滤波器分为两种，分别为模拟滤波器和数字滤波器。数字滤波器可以理解为是一个计算程序或算法，将代表输入信号的数字时间序列转化为代表输出信号的数字时间序列，并在转化的过程中，定的形式变化。数字滤波器有多种分类，从数字滤波器功能上分可分为低通、高通、带阻、根据数字滤波器冲激响应的时域特征，可将数字滤波器分为两种，即无限长冲激响应滤波器（ 有限长冲激响应滤波器（FIR ）。1,数字滤波器指标：一般来说，滤波器的幅频特性是分段常数的，以低通为例，在通带内逼近于 阻带内

3、逼近与0,实际设计的滤波器并非是锐截止的通带和阻带两个范围，两者之间总有一个过渡带。 在设计滤波器时事先给定幅频特性允许误差，在通带范围内幅度响应以误差 cr1逼近于1，在阻带内幅度响应以误差CT 2逼近于0。(1)11 WH(ejw)|W1,w<wc|H(ejw)|兰cr2,Wr <w<兀式中wc和wr分别为通带边界频率和阻带边界频率，wr-wc为过渡带。在具体的技术指标中往往用通带波动CT来表示CT 1，用最小阻带衰减At来表示CT 2，其具体的对应公式这里就不详述了。2.1 IIR数字滤波器设计IIR DF 的冲激响应h（n）是无限长的，其输入输出的关系为：-bey（n

4、） = Z h（i）x（n i）i系统函数为mZ brZ，H (z) = Z h(n)zn=->:-r Tn1一2 akZ°k#设计无限长单位脉冲响应（IIR ）数字滤波器一般可有三种方法。第一种方法，先设计一个合适的模拟滤波器， 然后将其数字话，即将S平面映射到Z平面得到所需的 数字滤波器。模拟滤波器的设计技巧非常成熟， 不仅得到的是闭合形式的公式， 而且设计系数已经表格 化了。因此，由模拟滤波器设计数字滤波器的方法准确，简便，得到普遍采用。对于这种方法，工程上有两种常见得变换法脉冲响应不变法及双线性变换法。第二种方法，在Z平面直接设计IIR数字滤波器，给出闭合形式的公式，

5、或者以所希望的滤波器响应 作为依据，直接在Z平面上通过多次选定极点和零点的位置，以逼近该响应。第三种方法，利用最优化技术设计参数，选定极点和零点在Z平面上的合适位置，在某种最优化准作为给定响应的闭合IIR滤波器的直接设计。则意义上逼近所希望的响应。但一般不能得到滤波器的系数(即零，极点的位置) 形式函数表达式。优化设计需要完成大量的迭代运算，这种设计法实际上也是本文着重介绍由模拟滤波器设计相应的IIR数字滤波器的方法。(1 )脉冲响应不变法脉冲响应不变法是使数字滤波器的单位脉冲响应序列h(n)逼近模拟滤波器的冲激响应ha(t)，让h(n)正好等于ha (t)的采样值。设已有满足要求的模拟滤波器

6、，则可Ha(s)T ha(t)T h(n) = ha(nT)T H(z)因为：ha(t)的图形-h(n)的图形,公式导出： 具体转换如下：设(以一阶极点为例)Ha(S)=Z -A-k4 S- Sk作拉氏反变换,得Nha(t)=FTHa(s)=2 Akestu(t)kA采样得Nh(n)=ha(nT)=S 人£%(nT)心作Z变换,得雄 NH(z)=S2 Ake%nTu(nT)znrn k 二H(z)与Ha(s)极点关系为：SkTze般对应关系sT - = b + J 0z = e :、厶DJ时z =re、OT=r = es平面jcz平面cj<0CT zd0r =er =1/亠、图

7、1S平面到Z平面变换示意图所以，模拟系统稳定因果 T数字系统稳定因果。按照脉冲响应不变法， 从S平面到Z平面的映射不是单值关系，而是先将Ha（s）在S平面沿虚轴作周期严拓，再按照映射关系将Ha（s）映射到Z平面，得到H（z），因此，脉冲响应不变法只适用于带限的滤波器（如低通、带通）。在Matlab中利用M文件impinvar可以对模拟传输函数实行脉冲响应不变法。（2）双线性变换法脉冲响应不变法不适带阻和高通滤波器的设计，因为高频带为通带，前述方法易引起混频。故希 望：S平面虚轴二Z平面单位圆一周，且应有Q :0 t +处二 © ：0 T 兀，O :0 T-处=：0 T兀因为tan（&

8、#177;兀/ 2） =,所以选变换CO(8)O = K tan 2其中K可取任意正常数,后面将导出K=2/T.Q =K tanoiJ设计思路：©P,轧,a p,as = 0p ,0s,a pcts.T设计出模拟滤波器 T转化成数字滤波器.2i-n;.1*-2rr4O a1 1Q-10-55100w图2数字域频率与模拟域频率的对应关系转化公式推导如下jo/2-jO/2彳-jCjK tanK 詈鴛=K ：妙/2 ： : j/2 = K 盏因只关心频率转换,故可设S = j° , z = e血,则有(9)s二K匚三，（称为双线性变换）所以模拟滤波器转换成数字滤波器的公式为由双线

9、性变换公式可得H(z)=Ha(s)s¥(10)可得z =1 + Ks ,视为两复平面变换,再由1 -Kss = CT + jC , z = re心r =卩1+2)2+(")2"#(1-2)2 +(KQ)2(11)从上式可得：b =0 时,rCT <0 时,rCT >0时，r=1,<1,>1,s上虚轴二z上单位圆周。s上左半平面 u z上单位圆内。s上右半平面二z上单位圆外。故若模拟滤波器稳定，则双线性变换后数字滤波器也稳定。由于双线性变换法是一种单值映射，因此消除了频率混叠的现象。双线性变换法的缺点是模拟频率与数字频率间的非线性，这种非线性

10、关系要求被变换的连续系统的幅度响应是分段常数型的(某一频率范围内幅度响应近似于某一常数)，不然所映射出的数字频率响应相对于原来的模拟频率响应会产生变形。为解决双线性变换中的频率非线性关系，我们采用预畸的方法，即0 = Ktan ，其中 K=2/T。2在Matlab中利用M文件bilinear可以对模拟传输函数实行双线性变换法。MATLAB中IIR数字滤波器的设计过程包括两步。第一步，根据给定指标，确定滤波器的阶数 N和频率缩放因子Wn第二步，利用这些参数和给定的波纹参数，确定传输函数的关系。阶数估计：利用双线性 变换法设计数字滤波器时，首先要对IIR数字滤波器的阶数进行估计，相应的M文件为：b

11、uttord用于巴特沃斯滤波器，cheb1ord用于切比雪夫1型滤波器，cheb2ord用于切比雪夫2型滤波器，ell ip ord 用于椭 圆滤波器。滤波器的设计：对于基于双线性变换法的IIR滤波器设计，对应于四种逼近技术(即巴特沃斯、切比雪夫1型和2型及椭圆逼近)，MATLAB：具箱中有相应的函数。特别地可以用到下面的M文件：butter用于巴特沃斯滤波器的设计，cheby1用于切比雪夫1型滤波器的设计，cheby2用于切比雪夫2型滤波器的设计，ellip用于椭圆滤波器的设计。这些函数的输出可以是滤波器传输函数分子和分母的系数 向量，也可以是滤波器的零极点向量和标量增益因子。同时，利用zp

12、2tf可以由滤波器的零极点向量和标量增益因子得到传输函数分子和分母的系数向量。相应地，利用函数zp2sos可以得到传输函数分子和分母系数向量的二次项因子。在计算出传输函数的系数之后，可以利用M文件freqz来计算频率响应。2.2 FIR数字滤波器设计FIR DF的冲激响应h(n)是有限长的，M阶FIR DF可以表示为：M -4(12)y(n)=5： h(i)x(n-i)i =0其系统函数为：M J(13)H(z) = £ h(n)zn/与IIR数字滤波器的设计不同，FIR滤波器的设计与模拟滤波器的设计没有任何联系。因此，FIR滤波器的设计基于对指定幅度响应的直接逼近，并通常要求其具有

13、线性相位响应。为了保证滤波器具有线性相位特性，滤波器系数必须满足条件：h(n)= ±h(M-1-n)。目前关于FIR滤波器的设计方法主要有三种，即窗函数法，频率取样法和切比雪夫等波纹逼近的最优化设计方法。一般应用较多的是第一种和第三种方法。这是因为窗函数法比较简单，可应用现成的窗函数公式，在技术指标要求不严格的情况下市比较灵活的。最优化设计法必须借助计算机计算，但是它能得到最佳的等波纹的线性相位FIR滤波器。目前切比雪夫等波纹的线性相位FIR滤波器的计算机机助设计程序已经比较完善，由于采用了REME迭代算法，所以设计效率也很高，在应用中越来越占优势。(1 )窗函数法一般设计过程总是先

14、给定一理想的滤波器频率响应Hd(ejw)，然后设计一个FIR滤波器，用它的频率响应H(ejw)=：S h(n)ewn来逼近理想的Hd(ejw)。这种逼近中最直接的方法，是在时域中用fir滤波器的单位脉冲响应n)去逼近理想的单位脉冲响应 (n)。因而，先由Hd(ejw)的IDTFT导出hd(n)hd(n)哙匚Hd(ejW)ejWndW(14)由于Hd(ejw)是矩形频率特性，故 m(n)定是无限长的序列，且是非因果的。然而FIR滤波器是有限长的，所以用有限长的h(n)来逼近无限长的hd(n)，最简单的方法是截取 (n)中最重要的一段，将无 限长的(n)截取成长度为M的有限长序列，等效于再 hd(

15、n)上施加了一个长度为 M的矩形窗口，更为一 般的，可以用一个长度为 M的窗口函数w(n)来截取hd(n)，即h(n) =w( n)hd( n)(15)这一方法通常称为窗函数法，窗口函数的形状及长度 下面我们一低通为例，了解一下窗函数法的运用提出希望频率响应函数(低通)M的选择是窗函数法的关键。|Hd(e兮1O11 -k-0.250.251 * 兀c图3理想低通滤波器的频响线性相位，具有片断特点，即H聞to爲1+算出A 辽n(n) =士【；H(ej%j®ch0.5102030加窗w(n),长N ,得sin(ac (n t)I(无限长)兀(n -T)0.30.20.1ifi-0.1 L

16、010 2030图4理想低通的单位脉冲响应(无限长的一部分)h(n) = hd (n)w(n)(*)要线性相位，就要h(n)关于(N -1)/2偶对称，而hd( n)关于t偶对称，故要求T =(N-1)/2所以要求w(n)关于T =(N -1)/2偶对称.10.20.10.53010 2000.3-0.1 L0iTt.IIIV-i'102030图5窗函数图6加窗后的单位脉冲响应再回过来检验H(e"勺是否满足精度要求.氏(j)|H(j)0.50.5O1r-J01230250.25兀国图7图4的脉冲响应的频响理想频响与实际频响的对比若基本满足，则依截取的h(n),制硬件,编软件.

17、所示。为便于选择使用，将5种常见的窗函数基本参数如表1表1 5种常见的窗函数基本参数类型窗函数的 旁瓣峰a过渡带宽度仲加窗后滤波器的 阻带最小衰减arectwin-134兀/ Nbartlet 三角8；!；/ Nhanning1/N-44hammi ng-41/ N-53blackma n1/ N-74(2)频率取样法窗口设计法事从时域出发，把理想的(n)用一定形状的窗口函数截取成有限长的h(n)，以此h(n)来近似理想的hd (n)，从而频率响应 H (ejw)也近似于理想的频率响应H d (ejw)。我们知道一个有限长序列可以通过其频谱的相同长度的等间隔采样值准确地恢复原有的序列。频率采样

18、法便是从频域出发， 对理想的频率响应 Hd(ejw)加以等间隔采样(16)H d (e，)lw 2叫=H d(k)然后以此Hd(k)作为实际FIR滤波器的频率特性的离散样本H(k)，即H (k) = H d(k) = H d (ejw) Iw空k, k = 0,1,2,.M -1(17)1 M Jh(n)2H利用M个频率的离散样本由H(k)通过IDFT可求出有限长序列h(n)为jTk -(18)(k)e M, n = 0,1,.M -1H(k)同样可求出FIR滤波器的系统函数 H(z)及频率响应H (ejw)。M 4H(Z)=送 h(n)n=0-nZ =z jM M a H (k)斗2兀.冒三

19、匚Wb其中e M (19)令Z =ejw可得到滤波器的频率响应H (ejw)。如果设计的是线性相位的FIR数字滤波器，其采样值H(k)的相位的幅度一定要满足特定的约束条件，这个设计时一定要注意。(3)最优化设计法最优化设计法事以最佳一致逼近(最大误差最小化)理论为基础，利用雷米兹算法设计的具有等波 纹特性的设计方法。具体设计步骤如下：对设计指标进行归一化处理。确定remezord函数所需要的参数。 包括归一化边界频率、 各频带的幅度要求和波纹要求等。 归一 化边界频率总是从0开始到1结束，故只需递增列出中间的边界频率； 频带幅度要求不含过渡区， 个数是 边界频率个数的一半加1;波纹要求是频带内

20、幅度允许的波动要求，与分贝间的关系是：1-6 6Rp 一20唤(危),Rs 20晌0(荷201。©) (20)利用remezord函数确定remez所需参数。调用remez函数进行设计。利用freqz函数验算技术指标是否满足要求。2.3数字滤波器类型的选择IIR和FIR各有优缺点，在实际运用中如何选择它们，这里做一个简单的比较。 表2 IIR与FIR的比较IIRFIR设计方法利用AF的设计图表，可简单， 有效的完成设计一般无解析的设计公式，要借助计算机程序完 成设计结果只能得到幅频特性，相频特性 未知（缺点），如需要线性相位， 需用全通网络校准，但增加滤 波器的阶数和复杂性可得到幅频

21、特性（可以多带）和线性相位（优 点）稳定性有稳定性问题极点全部在原点（永远稳定），无稳定性问题因果性总是满足，任何一个非因果的有限长序列，总 可以通过一定的延时，转变为因果序列结构递归系统非递归运算误差有反馈，由于运算中的四舍五 入会产生极限环一般无反馈，运算误差小快速算法无快速运算方法可用FFT减少运算量从以上简单的比较可以得到，IIR与FIR滤波器各有所长， 所以应根据实际应用要求，从多方面考虑加以选择。3数字滤波器的MATLA设计（1）IIR的直接程序设计法数字通带边缘频率为0.25兀和0.8例如欲设计一数字 （IIR）带阻滤波器，其数字域指标为： 数字阻带边缘频率分别为 0.4兀和0.

22、7兀， 兀，通带波动为1db最小阻带衰减为40db。此题的MATLA程序为:ws=0.4* pi 0.7* pi;%数字阻带边缘频率wp=0.25* pi 0.8* pi;%数字通带边缘频率rp=1 ；as=40;通带波动（db）阻带衰减n,wn=cheb2ord（w p/p i,ws/pi,r p, as）;%根据给定指标，确定滤波器的阶数N和频率缩放因子 Wnb,a=cheby2（n,as,ws/pi,'stop'）;%返回的 b,a 分别为 H （z）的分子、分母。h,w=freqz（b,a,512）;% 返回的h,w分别为滤波器的频率响应及其频率plot（w/pi,ab

23、s（h）;%画出频率响应（以w/pi为横轴）grid;xlabel('w/pi');ylabel('幅值');频率响应title('程序运行结果为:');图9所设计的带阻滤波器的频率响应在设计中如果该滤波器的特性不满足要求，原有的参数必须做相应的调整，在程序中只需对参数做S为含有3个频新的设定就可以得到所需的滤波器。接下来我们来看看此题所设计的滤波器的滤波效果：率成分的信号(归一化频率(W/2兀)分别为0.1、0.3、0.45)，用所设计的滤波器滤除归一化频率为0.3的成分。n=0:100;s1=si n(p i*0.2* n);s2=si n(

24、p i*0.6* n);s3=si n(p i*0.9* n);s4=s1+s3;s=s1+s2+s3;sf=filter(b,a,s);sub plot(311)stem (n, s);title('滤波前的信号');sub plot(312);stem( n,sf);title('滤波后的信号');sub plot(313);stem( n,s4);title('程序运行的结果为:想要保留的信号');遡避M的号100-205»30 帕® ffl TD 1 ffl 90 im图10采用filter函数进行数字滤波前后信号比较

25、示意图，所以由图可以看出，滤波后的信号与想要保留的信号基本一致(相位有些许偏差，但基本一致) 我们可以说该滤波器基本满足了以上所提出的滤波要求。(2) FIR的直接程序设计法例如欲设计一个线性相位数字(FIR)带通滤波器，其数字域指标为：数字通带边界频率为0.35兀和0.65兀，数字阻带边界频率为 0.2兀和0.8兀，通带波动为1db,最小阻带衰减为60db。 FIR数字滤波器的窗函数法此题的MATLA程序为:ws1=0.2* pi;wp 1=0.35* pi;wp 2=0.65* pi;ws2=0.8* pi;as=60;tr=mi n(w p1-ws1),(ws2-w p2);M=ceil

26、(11* pi/tr)+1;%滤波器的阶数，程序运行后M=75n=0:1:M-1;r=(M-1)/2;%力群时延wc1=(ws1+w p1)/2;wc2=(w p2+ws2)/2;hd=si n(wc2*( n-r)+e ps)./( pi*( n-r)+e ps)-si n(wc1*( n-r)+e ps)./(p i*( n-r)+e ps);%h(为理想滤波器的脉冲响应w_bla=(blackma n(M)' %长度为M勺blackman窗h=hd.*w_bla;%h为滤波器的实际脉冲响应 freqz(h,1,512);stem( n,h);title('滤波器的实际单位

27、脉冲响应');title('幅度响应和相位响应');图11所设计的滤波器的实际单位脉冲响应由上图可知滤波器的实际脉冲响应h是偶对称的，即h(n)=h(M-1-n),故该滤波器满足FIR线性相位的条件，该滤波器是线性相位的FIR滤波器。so苗P) HDWWb运B K mDL1 Dl2 03 DH a.50.50.7 Dl6 D.9NDrTTiaizddFrtqubncy 伽2施9呻即Dll Dl2 0.30 J a.5 O.B 07D.6 fl.®NnrTTiahziadFrc-quEncy 旳 rad/zrrpla*)- -sub plot(311)stem(

28、l,s);title('滤波前的信号');sub plot(312);stem(l,sf);title('滤波后的信号');sub plot(313);stem(l,s2);title('想要保留的信号');图12所设计的带通滤波器的幅度和相位响应由滤波器的相位特性也可以看出该滤波器是线性相位的FIR滤波器。接下来我们来看看此题所设计的滤波器的滤波效果：S为含有3个频率成分的信号(归一化频率(w/2；i )分别为0.05、0.2、0.45)，用所设计的滤波器滤除归一化频率为0.05和0.45的成分。1=0:100;s1=si n(0.1* pi*

29、l);s2=si n(0.4* pi *l);s3=si n(p i*0.9*l);s=s1+s2+s3;sf=filter(h,1,s);滤液两的佰号30050 M 70 BO 9(100逍波后的僧号Q 甲 OQ QQQQW 20 a JO 50 'so 苗Ilio想要iss的洁号stem( n,h);title('滤波器的实际单位脉冲响应');图13采用filter函数进行数字滤波前后信号比较示意图(滤波后的信号相对于想要保的由上图可知滤波后的信号和想要保留的信号的幅度和频率基本一致信号有一个相位延迟，这是线性相位FIR滤波器的群延迟引起的，此滤波器留的群延迟r=(

30、M-1)/2=37 ), 所以我们可以说该滤波器基本满足了以上所提出的滤波要求。 FIR数字滤波器的频率采样法此题的MATLA程序为:M=40;源滤波器的阶数为40al=(M-1)/2;寸延n=0:M-1;T2=0.59417456;T1=0.109021;Hrs=zeros(1,5),T1,T2,o nes(1,7),T2,T1,zeros(1,9),T1,T2,o nes(1,7),T2,T1,zeros(1,4);%采样值的幅值 k1=0:floor(M-1)/2);k2=floor(M-1)/2)+1:M-1;an gH=-al*(2* pi)/M*k1,al*(2* pi)/M*(M

31、-k2);9采样值的相位H=Hrs.*ex p(j*a ngH);h=real(ifft(H,M);%长度为M勺单位脉冲响应 freqz(h,1,512);title(' 幅度响应和相位响应');sub plot(311)stem(l,s);title('滤波前的信号');sub plot(312);stem(l,sf);title('滤波后的信号');sub plot(313);stem(l,s2);title('想要保留的信号');图14所设计的滤波器的实际单位脉冲响应由图14可知滤波器的实际脉冲响应h是偶对称的，即h(n)=

32、h(M-1-n),故该滤波器满足FIR线性相位的条件，该滤波器是线性相位的FIR滤波器。500.!0.2 OZ Qi 050607 D.B 09Nwrgiiifld Frequpncy (h 巾*備口卩1 日)»i虞嗨应和相诲RA应陆巴gn壬Be疋-30HLN405 D6 07 口日 口 3NofTumli工fld Frequency (k. rmMsmmp间眩酣 -*7 (雷巴h男一常Ely图15所设计的带通滤波器的幅度和相位响应由滤波器的相位特性也可以看出该滤波器是线性相位的FIR滤波器。此滤波器的群延时为al=(M-1)/2=19.5 。接下来我们来看看此题所设计的滤波器的滤波

33、效果：S为含有3个频率成分的信号(归一化频率(W/2兀)分别为0.05、0.2、0.45)，用所设计的滤波器滤除归一化频率为 0.05和0.45的成分。1=0:100;s1=si n(0.1* pi*l);s2=si n(0.4* pi *l);s3=si n(p i*0.9*l);s=s1+s2+s3;sf=filter(h,1,s);迪灌前的IS号3IjIIIIIiIID 10303050 ea 70 SO 90 IDO逍液后的信号 IQ 20 3n 4D 50 ea TCI so 90 IDO 廻肚保留的信号图16采用filter函数进行数字滤波前后信号比较示意图同上面分析相似，滤波后的

34、信号和想要保留的信号的幅度和频率基本一致(滤波后的信号相对于想要保的信号有一个相位延迟，这是线性相位FIR滤波器的群延迟引起的，此滤波器留的群延迟(r=(M-1)/2=19.5)，所以我们可以说该滤波器基本满足了以上所提出的滤波要求。 FIR数字滤波器的最优设计法此题的MATLA程序为：%设计指标 ws1=0.2* pi;wp 1=0.35* pi;wp 2=0.65* pi;ws2=0.8* pi;rp=1； as=60;%设置边界频率和幅度要求F=ws1/pi,w p1/pi,w p1/pi,ws2/pi;A=0,1,0;%设置各频带的波纹要求 devp=(10A(rp/20)-1”(10

35、A (rp/20)+1);devs=10A(-as/20);dev=devs,dev p, devs;%确定remez参数，其中滤波器的阶数为(N+1),程序运行后得到 N=26 N,Fo,Ao,W=remezord(F,A,dev);%调用remez函数进行设计 h=remez(N,Fo,Ao,W);n=0:N;freqz(h,1,512);stem( n,h);titleC滤波器的单位冲激响应');title('幅度响应和相位响应');图17所设计的滤波器的实际单位脉冲响应由图17可知滤波器的实际脉冲响应h是偶对称的，即h(n)=h(N-n),故该滤波器满足FIR线

36、性相位的条件,该滤波器是线性相位的 FIR滤波器。90500.1'020.3 O.fl a.50.6070.60.9Nomifllized Fnequencjr (supadJeample)1ITC-lOO-1叫"口00.1020.30.4a.50.60.70.60.9Normalizedsub plot(311)stem(l,s);title('滤波前的信号');sub plot(312);stem(l,sf);title('滤波后的信号');sub plot(313);stem(l,s2);title('想要保留的信号');

37、图18所设计的带通滤波器的幅度和相位响应由滤波器的相位特性也可以看出该滤波器是线性相位的FIR滤波器。此滤波器的群延时为al=(N)/2=13 。接下来我们来看看此题所设计的滤波器的滤波效果：S为含有3个频率成分的信号(归一化频率(W/2兀)分别为0.05、0.2、0.45)，用所设计的滤波器滤除归一化频率为 0.05和0.45的成分。1=0:100;s1=si n(0.1* pi*l);s2=si n(0.4* pi *l);s3=si n(p i*0.9*l);s=s1+s2+s3;sf=filter(h,1,s);滙波前的信号£010 2D 300 so 60703090100

38、遽®后的茴号I. L-I - -I 一IL 一IJL 一1010 2D 304030 eO 700030100憩要保留的信号图19采用filter函数进行数字滤波前后信号比较示意图同上面分析相似，滤波后的信号和想要保留的信号的幅度和频率基本一致（滤波后的信号相对于 想要保的信号有一个相位延迟，这是线性相位FIR滤波器的群延迟引起的，此滤波器留的群延迟r=（N）/2=13），所以我们可以说该滤波器基本满足了以上所提出的滤波要求。4 Simuli nk 仿真本文通过调用Simuink中的功能模块构成数字滤波器的仿真框图，在仿真过程中，可以双击各功能模块，随时改变参数，获得不同状态下的仿真结果。在Simulink环境下，通过设置滤波器功能模块的参数Simuink功能模块， 找到 digital math op eration中找到相加（digital filter desig n模块的参数）来直接设计滤波器。我们先设计满足上述带阻IIR滤波器参数的滤波器，再进行仿真。找到com mun