数字信号处理课程设计大学毕设论文.doc

数字信号处理课程设计论文班级：光电2班姓名：范宇飞学号：311308000713摘要2一．设计内容3设计要求3设计内容3二．设计原理4三．设计过程51.程序源代码5调试分析过程描述：8结果分析：11总结：13摘要在现代通信系统中，因为信号中经常混有各种复杂成分，因而很多信号分析都是基于滤波器而进行的。而数字滤波器[1]，则是通过数值运算实现滤波，它具有处理精度高、灵活、稳定、不存在阻抗匹配问题的特点。根据单位冲激响应函数的时域特性，数字滤波器可分为两种，即有限长冲激响应(FIR)数字滤波器和无限长冲激响应(IIR)数字滤波器。IIR数字滤波器实现的阶次要求较低，所用的存储单元也较少，并且具有效率高，精度高的优点，除此还能够保留一些模拟滤波器的优良特性，所以应用领域广阔。本文主要研究了IIR数字滤波器的常用设计方法，即冲激响应不变法和双线性变换法。在分析IIR数字滤波器的原理基础上，从理论分析确定了所要设计的IIR数字滤波器的实现方法。接着利用MATLAB函数语言编程，用Simulink工具仿真IIR数字滤波器，其中用信号处理图形界面FDATool来设计滤波器，并用FDATool模拟IIR数字滤波器处理信号。在此基础上，使用MATLAB提供的GUI工具设计图形用户界面，实现方便用户使用的数字滤波器交互界面的开发。此设计扩展性好，便于调节滤波器的性能，可以根据不同的要求在MATLAB上加以实现。关键词：IIR数字滤波器；冲激响应不变法；双线性变换法；图形用户界面一．设计内容设计要求1.熟悉用双线性变换法设计IIR数字滤波器的原理与方法；2.学会调用MATLAB信号处理工具箱中滤波器设计函数（设计各种IIR数字滤波器，学会根据滤波需求确定滤波器指标参数。3.掌握IIR数字滤波器的MATLAB实现方法。4.通过观察滤波器输入输出信号的时域波形及其频谱，建立数字滤波的概念。设计步骤IIR数字滤波器的设计一般有两种方法：一个是借助模拟滤波器的设计方法进行。其设计步骤是，先设计模拟滤波器，再按照某种方法转换成数字滤波器。这种方法比较容易一些，因为模拟滤波器的设计方法已经非常成熟，不仅有完整的设计公式，还有完善的图表供查阅；另外一种直接在频率或者时域内进行，由于需要解联立方程，设计时需要计算机做辅助设计。其设计步骤是：先设计过渡模拟滤波器得到系统函数，然后将模拟滤波器的系统函数按某种方法转换成数字滤波器的系统函数。另外，还有一些典型的优良滤波器类型可供我们使用。为了保证转换后的稳定满足技术指标要求，对转换关系提出两点要求:因果稳定的模拟滤波器转换成数字滤波器，仍是因果稳定的。数字滤波器的频率相应模仿模拟滤波器的频响特性，s平面的虚轴映射为z平面的单位圆，相应的频率之间呈线性关系。二．设计原理所谓数字滤波器，是指输入、输出均为数字信号，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、体积小、重量轻、灵活、不要求阻抗匹配等优点。数字滤波器从功能上分类:可分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器。从滤波器的网络结构或者从单位脉冲响应分类:可分为IIR滤波器(即无限长单位冲激响应滤波器)和FIR滤波器(即有限长单位冲激响应滤波器)。设计IIR数字滤波器一般采用间接法（脉冲响应不变法和双线性变换法），应用最广泛的是双线性变换法。基本设计过程是：先将给定的数字滤波器的指标转换成过渡模拟滤波器的指标；设计过渡模拟滤波器；将过渡模拟滤波器系统函数转换成数字滤波器的系统函数。MATLAB信号处理工具箱中的各种IIR数字滤波器设计函数都是采用双线性变换法。滤波器设计函数butter、cheby1、cheby2和ellip可以分别被调用来直接设计巴特沃斯、切比雪夫1、切比雪夫2和椭圆模拟和数字滤波器。本次设计数字滤波器的MATLAB实现是指调用MATLAB信号处理工具箱函数filter对给定的输入信号x(n)进行滤波，得到滤波后的输出信号y(n）。三．设计过程1.程序源代码%IIR数字滤波器设计及软件实现clearall;clearall;%调用信号产生函数mstg产生又三路抑制载波调幅信号相加构成的复合信号st;%st=mstg;%低通滤波器设计与实现Fs=10000;fp=280;fs=450;wp=2*fp/Fs;ws=2*fs/Fs;rp=0.1;rs=60;%DF指标;(低通滤波器的通阻带边界频率)[N,wp0]=ellipord(wp,ws,rp,rs);%调用ellipod计算椭圆DF阶数N和通带截止频率wp[B,A]=ellip(N,rp,rs,wp0);%调用ellip计算椭圆带通DF系统函数系数