FIR数字滤波器的MATLAB设计与实现Word文档格式.doc

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完成日期2015年4月2日

吉林大学珠海学院本科毕业设计开题报告

选题

院系

专业

学生姓名

指导教师

本选题的意义及国内外发展状况：

在高度信息化的时代，数字信号充斥着我们的生活。

传统用电容、电感等模拟器件搭建的模拟滤波器应用较单一，只要修改器件参数，则需重新搭建硬件，这样的模拟滤波器不足以满足人们的需求。

回想起以前专业课程上曾介绍过的数字滤波器迅猛的发展势头，数字滤波器已在逐步占据很多模拟滤波器的应用领域。

因为数字滤波器在重量方面轻和体积方面的小，使它便于携带且应用灵活；

在运算和应用效果方面表现出的高性能，让它在日常生活中占据着重要的地位。

然而数字滤波器不是一种单一的存在，它具有两个分支，分别为有限长单位冲激响应滤波器和无限长单位冲激响应滤波器，即FIR型和IIR型数字滤波器。

通过频域法和时域法的运算结果作对比，比较出FIR数字滤波器更容易取得线性相位且其传递函数无极点，更容易满足设计要求。

现今的社会生活方式，从早起的手机闹铃音乐，到日间的电脑工作，电视、电台等等的娱乐，数字滤波器的应用充斥着我们一整天的生活。

数字滤波器广泛应用在各类控制系统和近代电信设备中，它在通信方面的影像处理和声音处理，在雷达和声纳等方面的反馈系统和在生物医学信号处理等领域取得较突出的成果。

不仅如此，数字滤波器还被应用于军事上的导航、侦察，分析经济效益上的利润高低和监测空气环境中的污染物和干扰噪音的分贝。

数字滤波器在我国各行各业中都有应用，近年来应用范围更加广泛。

我国拥有的滤波器种类和应用技术基本满足我国的社会需求。

总体而言，数字滤波器我国的发展历程较模拟滤波器的发展历程显得缓慢。

研究内容：

本论文分别通过窗函数法、频率采样法和最优等波动设计法这三种方法研究如何在MATLAB软件上设计出FIR数字滤波器，然后分析仿真得到的数据，比较各方法的优劣。

1.确定设计方法。

2.设置各种参数。

3.在MATLAB上设计并进行仿真。

4.对比分析各种方法的仿真情况。

研究方法、手段及步骤：

1.初步了解数字滤波器在实际生活中的意义与作用。

2.进一步了解FIR数字滤波器与IIR数字滤波器的差别。

3.明确自己要研究的内容及FIR数字滤波器的研究办法。

4.进行MATLAB的设计与仿真。

5.观察仿真结果。

参考文献：

[1]董长虹，《Matlab信号处理与应用》国防工业出版社2005.1

[2]钟麟，王峰，《MATLAB仿真技术与应用教程》国防工业出版社2004.1

[3]车晴，《电子系统仿真与MATLAB》北京广播学院出版社2006.3

[4]陈亚勇，《MATLAB信号处理详解》人民邮电出版社2001

[5][美]维纳·

K·

英格尔（VinayK.Lngle），约翰·

G·

普罗克斯（JohnG.Proakis），《数字信号处理（MATLAB版）》西安交通大学出版社2013.7

[6]RafaelC.Gonzalez/RichardE.Woods/StevenL.Eddins,DigitalImageProcessingUsingMATLAB,GatesmarkPublishing,2009

5

摘要

随着社会的数字化进程，灵活性不足的模拟滤波器无法迎合社会的需求。

寻求一种可以稳定、快捷和灵活地将夹杂在所需信号中的干扰去除的方法，成为人们研究的课题。

通过对比数字滤波器和模拟滤波器得知，数字滤波器在体积和重量方面的便携性，在使用方面的灵活性，在运算和应用效果方面表现出的高性能等优点。

而且，数字滤波器可以利用数字芯片或计算机软件来进行仿真，数据改变时可以通过软件改变其参数即可改变滤波器的性能，继续投入工作。

这对于提高企业工作效率和节约企业生产成本方面有重大影响。

数字滤波器具备的这些优点是使它成为数字信号处理的重要组成部分的因素之一。

本文主要讨论在MATLAB操作环境下，通过窗函数法、频率采样法和最优等波动设计法设计出FIR数字滤波器。

经过Simulink仿真绘制出相应的图像曲线，对比信号滤波前后的图像，分析不同滤波器的性能。

关键词：

数字信号；

数字滤波器；

MATLAB；

Simulink

Abstract

Withdigitizationofsociety,lackofflexibility,analogfilterscannotmeettheneedsofthecommunity.Findastable,fastandflexiblybemixedinthedesiredsignalintheinterferenceremovalmethod,becomeanissueforresearchers.

Bycomparingthedigitalfilterandtheanalogfilterthat,thedigitalfilterintermsofvolumeandweightofportability,flexibilityintheuseof,intermsofoperationandapplicationofresultsshowingtheadvantagesofhighperformance.Moreover,thedigitalfiltercanuseadigitalchiporcomputersoftwaretosimulate,youcanchangewhenthedatachangesitsparameterscanbechangedbysoftwarefilterperformance,continuetowork.Thishasasignificantimpactinimprovingbusinessproductivityandsaveproductioncosts.Thesedigitalfiltershavetheadvantageofmakingitoneofthefactorsimportantfordigitalsignalprocessingpart.

ThisarticlefocusesonoperatingintheMATLABenvironment,throughthewindowfunctionmethod,frequencysamplingmethodandoptimaldesignmethod,suchasfluctuationsintheFIRdigitalfilterdesign.AfterSimulinksimulationdrawcurvescorrespondingimage,imagecontrastsignalbeforeandafterfiltering,analysisoftheperformanceofdifferentfilters.

Keywords:

digitalsignal;

digitalfilter;

MATLAB,;

目录

1绪论 1

1.1选题背景 1

1.2课题意义 1

1.3国内外对本课题的研究情况 2

1.4本文主要的研究内容 2

2MATLAB仿真技术 3

2.1MATLAB在国内外的发展状况 3

2.2MATLAB仿真简介 3

2.3计算机仿真的概况 4

2.3.1计算机仿真的步骤 4

2.3.2计算机仿真的优点 4

2.3.3计算机仿真的缺点 5

2.4MATLAB设计的FIR滤波器具有以下优点 5

3数字滤波器 6

3.1数字滤波器及其结构 6

3.2FIR数字滤波器 7

3.3IIR数字滤波器 8

3.3.1在MATLAB中设计IIR滤波器的典型步骤如下 8

3.3.2IIR滤波器的特点 9

3.4与IIR数字滤波器比较，FIR数字滤波器的优缺点 9

3.4.1优点 9

3.4.2缺点 9

4FIR数字滤波器的设计方法 10

4.1窗函数法 10

4.1.1用窗函数法设计FIR数字滤波器的步骤 11

4.1.2几种常见的窗函数 11

4.1.3用窗函数法设计FIR数字滤波器的示例 12

4.2频率采样法 14

4.2.1用频率采样法设计FIR数字滤波器的步骤：

14

4.2.2频率采样法的一些特性 15

4.2.3用频率采样法设计FIR数字滤波器的示例 15

4.3最优等波动法 16

4.4在MATLAB上设计与实现FIR数字滤波器 19

4.4.1FDATool工具 19

4.4.2FDATool对滤波器进行分析 19

4.4.3数字滤波器的实现 20

5结论 22

附录 23

参考文献 28

致谢 29

1绪论

1.1选题背景

由于计算机和集成电路在技术革命中不断取得成功，使得社会逐步往数字化、智能化方面发展。

像人们日常生活中接触最多的视频影像、语音通话、图像信息等等，都需要经过信号处理。

而在信号处理的过程中，信号经常会受到外界干扰。

如何滤除干扰信号，给用户还原出清晰、真实的信号，这需要用到滤波器。

作为一种可以选择频率的装置，滤波器可以选择性通过信号中某个固定频率范围的信号，同时尽可能的衰减信号中的干扰频率。

面对巨大的信号处理量，传统模拟滤波器固定硬件的应用条件显然不能满足需求，数字滤波器可以通过软件或者数字芯片在电脑上实现仿真显得更为灵活、方便和快捷。

滤波器的应用广泛多样，不同的应用方式对滤波器的性能也有不同的要求。

滤波器的性能与它的设计息息相关。

因此，人们越来越重视对数字滤波器的设计。

1.2课题意义

目前，数字信号处理技术正在高速发展，它不仅是一门专业的学科，而且以不同的方式影响着其他的学科。

它在不断的扩大它的应用范围，逐渐改变着我们的生活。

数字信号处理，通过用数学运算对输入序列进行傅里叶变换等各种处理，把接收到的信号转换成符合需要的形式。

数字滤波器经过某些运算关系可以滤除信号中干扰频率成分或者改变信号中频率的大小和相对比例。

数字滤波器已成为信号处理学科的重要组成部分。

信号的接收、传输，处理和交换功能都需要用到滤波器。

它对信号是否能够安全稳定和精确灵活地传输起着至关重要的作用。

数字滤波器在所有的电子应用系统中操作技术最复杂且使用频率最高。

数字滤波器的优劣直接决定信号还原的质量。

面对巨大的信息处理量，如何设计出一个灵活、方便好用的数字滤波器，受到越来越多人的关注。

因此，本课题的内容具有深远的研究意义。

1.3国内外对本课题的研究情况

国外在40年代末期有人就研究过关于数字滤波器的