版權(quán)說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請進(jìn)行舉報或認(rèn)領(lǐng)
文檔簡介
1、 燕山大學(xué)課 程 設(shè) 計 說 明 書題目: 學(xué)院(系): 年級專業(yè): 學(xué) 號: 學(xué)生姓名: 指導(dǎo)教師: 教師職稱: 摘要:數(shù)字濾波器的設(shè)計方法有窗函數(shù)法,頻率采樣法以及等波紋逼近法等,其中等波紋逼近法為最優(yōu)化設(shè)計,在同樣的技術(shù)指標(biāo)下,用這種方法設(shè)計得到的濾波器要比窗函數(shù)法和頻率采樣法得到的濾波器的長度均要小,而且設(shè)計過程簡單易行。在本課程設(shè)計中,借助MATLAB,設(shè)計出等波紋低通濾波器,仿真產(chǎn)生一個連續(xù)信號,包含低頻,高頻分量,對其進(jìn)行頻譜分析。并分析與巴特沃斯低通濾波器的優(yōu)勢及特點(diǎn)。關(guān)鍵字:低通濾波器 等波紋 MATLAB 巴特沃斯目錄
2、目錄.21、 引言.32、 數(shù)字濾波器的基本概念介紹.3 2.1濾波的涵義.3 2.2數(shù)字濾波器的概述.3 2.3數(shù)字濾波器的實(shí)現(xiàn)方法.4 2.4 .數(shù)字濾波器的可實(shí)現(xiàn)性.4 2.5數(shù)字濾波器的分類.4三、等波紋最佳逼近法的原理說明.5 3.1等波紋最佳逼近法概述.5 3.2.等波紋最佳逼近法基本思想.5 3.3等波紋濾波器的技術(shù)指標(biāo)及其描述參數(shù)介紹.6四、基于MATLAB的等波紋低通濾波器的實(shí)現(xiàn).8 4.1 設(shè)計要求.8 4.2 在Matlab中利用REMEZ函數(shù)計算.8 4.3基于Matlab的幅頻響應(yīng)曲線 .9五、等波紋低通濾波器與巴特沃斯低通濾波器的對比.106、 結(jié)論.12參考文獻(xiàn).
3、12一、引言 數(shù)字濾波器(digital filter)是由數(shù)字乘法器、加法器和延時單元組成的一種裝置,在通信、圖像、語音、雷達(dá)等許多領(lǐng)域都有著十分廣泛的應(yīng)用。在數(shù)字信號處理中,數(shù)字濾波占有極其重要的地位。目前對數(shù)字濾波器的設(shè)計有多種方法。其中Matlab軟件已成為設(shè)計數(shù)字濾波器的強(qiáng)有力工具。傳統(tǒng)的數(shù)字濾波器設(shè)計過程復(fù)雜、計算工作量大、濾波特性調(diào)整困難,但利用Matlab信號處理工具箱可以快速有效地實(shí)現(xiàn)由軟件組成的常規(guī)數(shù)字濾波器的設(shè)計、分析和仿真,極大地減輕了工作量,有利于濾波器設(shè)計的最優(yōu)化。 二、數(shù)字濾波器的基本概念介紹 2.1濾波的涵義a) 將輸入信號的某些頻率成分或某個頻帶進(jìn)行壓縮、放大
4、;b) 對信號進(jìn)行檢測; c) 對參數(shù)估計; 2.2數(shù)字濾波器的概述所謂數(shù)字濾波器,是指輸入、輸出均為數(shù)字信號,通過數(shù)值運(yùn)算處理改變輸入信號所含頻率成分的相對比例,或者濾除某些頻率成分的數(shù)字器件或程序。下圖給出了一個具有模擬輸入信號和輸出信號的實(shí)時數(shù)字濾波器的簡化方框圖。這個帶限模擬信號被周期地抽樣,且轉(zhuǎn)化成一系列數(shù)字X(n)(n=0,1,)。數(shù)字處理器依據(jù)濾波器的計算算法,執(zhí)行濾波運(yùn)算,把輸入系列X(n)映射到輸出系列Y(n)。DAC把數(shù)字濾波后的輸出轉(zhuǎn)化成模擬值,這些模擬值接著被模擬濾波器平滑,并且消去不想要的高頻分量。一個具有模擬輸入和輸出信號的實(shí)時數(shù)字濾波器的簡化方框圖數(shù)字濾波器在數(shù)字
5、信號處理中具有非常重要的地位。在許多應(yīng)用中(例如數(shù)據(jù)壓縮,生物醫(yī)學(xué)信號處理、語音處理、圖象處理、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)字音頻、電話回聲對消,等等),數(shù)字濾波器和模擬濾波器比數(shù)字濾波器的有優(yōu)勢更加明顯。 2.3數(shù)字濾波器的實(shí)現(xiàn)方法 a) 用軟件在計算機(jī)上實(shí)現(xiàn) b) 用專用的數(shù)字信號處理芯片c) 用硬件 2.4 .數(shù)字濾波器的可實(shí)現(xiàn)性a) 要求系統(tǒng)因果穩(wěn)定,即所設(shè)計的系統(tǒng)極點(diǎn)全部集中在單位圓內(nèi)。b) 要求系統(tǒng)的差分方程的系數(shù)或者系統(tǒng)函數(shù)的系數(shù)為實(shí)數(shù),即系統(tǒng)的零極點(diǎn)必須共軛成對出現(xiàn),或者是實(shí)數(shù)。 2.5數(shù)字濾波器的分類數(shù)字濾波器可以分為經(jīng)典濾波器和現(xiàn)代濾波器。經(jīng)典濾波器按照濾波特性可以分為數(shù)字高通、數(shù)字低通、
6、數(shù)字帶通、數(shù)字帶阻等類型。數(shù)字濾波器從實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)或者從單位脈沖響應(yīng)長度分類可以分為無限長單位脈沖(IIR)和有限長單位脈沖(FIR)。三、等波紋最佳逼近法的原理說明 3.1等波紋最佳逼近法概述 等波紋最佳逼近法是一種優(yōu)化設(shè)計法,它克服了窗函數(shù)設(shè)計法和頻率采樣法的缺點(diǎn),使最大誤差(即波紋的峰值)最小化,并在整個逼近頻段上均勻分布。用等波紋最佳逼近法設(shè)計的FIR數(shù)字濾波器的幅頻響應(yīng)在通帶和阻帶都是等波紋的,而且可以分別控制通帶和阻帶波紋幅度。這就是等波紋的含義。最佳逼近是指在濾波器長度給定的條件下,使加權(quán)誤差波紋幅度最小化。與窗函數(shù)設(shè)計法和頻率采樣法比較,由于這種設(shè)計法使濾波器的最大逼近誤差均
7、勻分布,所以設(shè)計的濾波器性能價格比最高。階數(shù)相同時,這種設(shè)計法使濾波器的最大逼近誤差最小,即通帶最大衰減最小,阻帶最小衰減最大;指標(biāo)相同時,這種設(shè)計法使濾波器階數(shù)最低。實(shí)現(xiàn)FIR數(shù)字濾波器的等波紋最佳逼近法的MATLAB信號處理工具函數(shù)為remez和remezord。Remez函數(shù)采用數(shù)值分析中的remez多重交換迭代算法求解等波紋最佳逼近問題,求的滿足等波紋最佳逼近準(zhǔn)則的FIR數(shù)字濾波器的單位脈沖響應(yīng)h(n)。由于切比雪夫和雷米茲對解決該問題做出了貢獻(xiàn),所以又稱之為切比雪夫逼近法和雷米茲逼近法。 3.2.等波紋最佳逼近法基本思想 用Hd()表示希望逼近的幅度特性函數(shù),要求設(shè)計線性相位FIR數(shù)
8、字濾波器時,Hd()必須滿足線性相位約束條件。用Hg()表示實(shí)際設(shè)計的濾波器的幅度特性函數(shù)。定義加權(quán)誤差函數(shù)E()為 E()=W()Hd()-Hg()式中,W()成為誤差加權(quán)函數(shù),用來控制不同頻段(一般指通帶和阻帶)的逼近精度。等波紋最佳逼近基于切比雪夫逼近,在通帶和阻帶以的最大值最小化為準(zhǔn)則,采用remez多重交換迭代算法求解濾波器系數(shù)h(n)。所以W()取值越大的頻段,逼近精度越高,開始設(shè)計時應(yīng)該根據(jù)精度要求確定W(),在Remez多重交換迭代過程中W()是確知函數(shù)。 等波紋最佳逼近設(shè)計中,把數(shù)字頻段分為“逼近區(qū)域”和“無關(guān)區(qū)域”。逼近區(qū)域一般指通帶和阻帶,無關(guān)區(qū)域一般指過渡帶。設(shè)計過程中
9、只考慮對逼近區(qū)域的最佳逼近。應(yīng)當(dāng)注意,無關(guān)區(qū)域不能為零,即Hd()不能是理想濾波特性。 利用等波紋最佳逼近準(zhǔn)則設(shè)計線性相位FIR數(shù)字濾波器數(shù)字模型的建立及其求解算法的推導(dǎo)復(fù)雜,求解計算必須借助計算機(jī),可借助MATLAB信號處理工具箱函數(shù)remeezord和remez,簡單調(diào)用這兩個函數(shù)就可以完成線性相位FIR數(shù)字濾波器的等波紋最佳逼近設(shè)計。 3.3等波紋濾波器的技術(shù)指標(biāo)及其描述參數(shù)介紹 3.3.1濾波器的描述參數(shù) 一般情況下,用損耗參數(shù)p,p,s,s.描述在工程實(shí)際中,通常取p=/2,p=2dB,s=11/20,s=20dB. 但是在等波紋最佳逼近設(shè)計法求濾波器階數(shù)N和誤差加權(quán)函數(shù)W()時,要
10、求給出的濾波器通帶和阻帶的震蕩波紋1和2。這是等波紋法設(shè)計濾波器時常使用的描述方法。 兩種參數(shù)的轉(zhuǎn)換關(guān)系: 3.3.2 matlab中的remez和remezord函數(shù)介紹Remez函數(shù)實(shí)現(xiàn)線性相位FIR濾波器的等波紋最佳逼近設(shè)計。調(diào)用格式為:hn=remez(M,f,m,w)Remez調(diào)用的參數(shù) (M,f,m,w)通常調(diào)用remezord函數(shù)計算,調(diào)用格式為:(M,f0,m0,w)=remezord(f,m,rip,F(xiàn)s)其中,在低通濾波器設(shè)計時 rip=1,2 。 四、基于MATLAB的等波紋低通濾波器的實(shí)現(xiàn) 4.1 設(shè)計要求 濾波器通帶截止頻率為4kHz
11、,阻帶截止頻率為5kHz,阻帶至少衰減40Db,采樣頻率20kHz。 4.2 在Matlab中利用REMEZ函數(shù)計算程序如下: fs=20000;%設(shè)定采樣頻率 rp=3;%通帶波紋 rs=40;%阻帶波紋 f=4000 5000;%截止頻率 a=1 0;%期望幅度 dev=(10(rp/20)-1)/(10(rp/20)+1) 10(-rs/20); n,fo,ao,w=remezord(f,a,dev,fs);%函數(shù)remezord返回參數(shù)n表示濾波器的階數(shù) %FIR濾波器有B個頻
12、帶時,f,a,dev分別為2B-2,B,B個元素的向量 b=remez(n,fo,ao,w);%函數(shù)remez的返回值為n階FIR濾波器的系數(shù) %fo,ao是2B個元素的向量,分別表示B個頻帶的2B邊界頻率及幅度值 %w是B個元素的向量,表示各頻帶的加權(quán)值 figure(1) freqz(b,1,1024,fs);%濾波器的特性圖 4.3基于Matlab的幅頻響應(yīng)曲線 五、等波紋低通濾波器與巴特沃斯低通濾波器的對比 設(shè)計的巴特沃斯低通濾波器指標(biāo)與等波紋低通濾波器相同 ,通帶截至頻率4kHZ,阻帶截至頻率為5kHZ,通帶衰減不大于0.5DB,阻帶
13、衰減不小于40DB,采樣頻為20kHZ。設(shè)計巴特沃斯低通濾波器程序如下:fp = 4000;fs = 5000;Fs = 20000;wp = 2*pi*fp/Fs;ws = 2*pi*fs/Fs;wp = tan(wp/2);ws = tan(ws/2); % 通帶最大衰減為0.5dB,阻帶最小衰減為40dBN, wn = buttord(wp, ws, 0.5, 40, 's'); % 模擬低通濾波器極零點(diǎn)z, p, k = buttap(N); % 由極零點(diǎn)獲得轉(zhuǎn)移函數(shù)參數(shù)b, a = zp2tf(z, p, k); % 由原型濾波器獲得實(shí)際低通濾波器B, A = lp2lp(b, a, wp); bz, az = bilinear(B, A, .5);h, w = freqz(bz, az, 256, Fs);subplot(2,3,2);plot(w, abs(h)grid;title('巴特沃斯低通濾波器')巴特沃斯低通濾波器的基于Matlab的幅頻響應(yīng)曲線 如下:7、 結(jié)論心得 經(jīng)過這幾天緊張的課程設(shè)計,我感覺收獲特別大,首先,我學(xué)會了如何使用MATLAB軟件;其次,又由于對基礎(chǔ)知識掌握不牢固,又重新翻開了數(shù)字信號處理課本,復(fù)習(xí)研究其中的原理,在熟悉理論知識環(huán)節(jié)和編程環(huán)境的前提下,開始思考如何利用編程實(shí)現(xiàn)我們的課設(shè)要求;最后,通過
溫馨提示
- 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
- 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
- 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會有圖紙預(yù)覽,若沒有圖紙預(yù)覽就沒有圖紙。
- 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
- 5. 人人文庫網(wǎng)僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
- 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
- 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。
最新文檔
- 電子商務(wù)行業(yè)顧問總結(jié)
- 交通運(yùn)輸行業(yè)月度個人工作計劃
- 銀行行業(yè)貸款業(yè)務(wù)培訓(xùn)感悟
- 電影行業(yè)助理工作總結(jié)
- 中小學(xué)教師繼續(xù)教育研修總結(jié)四篇
- 2024年物業(yè)使用權(quán)讓與擔(dān)保服務(wù)合同范本6篇
- 2024年版消防工程勞務(wù)分包細(xì)節(jié)合同版B版
- 2024年標(biāo)準(zhǔn)版施工協(xié)議法規(guī)電子版下載版B版
- 2025年山東濟(jì)寧魚臺縣公立醫(yī)院招聘備案制工作人員60人歷年管理單位筆試遴選500模擬題附帶答案詳解
- 2025年山東濟(jì)寧學(xué)院招聘工作人員54人(博士研究生)歷年管理單位筆試遴選500模擬題附帶答案詳解
- 醫(yī)藥行業(yè)合規(guī)培訓(xùn)
- 2024年低壓電工資格考試必考題庫及答案(共400題)
- 齊魯名家 談方論藥智慧樹知到期末考試答案2024年
- 2024年華電甘肅大基地煤電分公司招聘筆試參考題庫含答案解析
- 入團(tuán)志愿書(2016版本)(可編輯打印標(biāo)準(zhǔn)A4) (1)
- 電梯公司安全生產(chǎn)管理制度匯編.doc
- 兒童保健檔案表.doc
- 新產(chǎn)品開發(fā)流程表
- 保命未來經(jīng)0001
- 北京市養(yǎng)老機(jī)構(gòu)公建民營實(shí)施辦法(20210220135609)
- 都勻毛尖茶產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究畢業(yè)論文
評論
0/150
提交評論