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毕业设计方案基于matlab的FIR数字滤波器设计.doc
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1、毕 业 设 计 任 务 书 设计题目:基于MATLABIIR数字滤波器设计专 业:通信工程 班级学号: 姓 名: 指引教师:设计期限:3月 5日开始5月20日结束院、系:信息工程学院 3月7日 一、毕业设计目 1、通过毕业设计把自己在大学中所学知识应用到实践当中。 2、进一步理解运用Matlab设计FIR数字滤波器基本办法。3、在毕业设计过程中基本掌握了Matlab编译程序基本办法。4、提高自己自学能力和动手能力。5、锻炼自己通过网络及各种资料解决实际问题能力。二、重要设计内容 运用窗函数法、频率抽样法设计FIR滤波器,绘制出滤波器特性图。运用所设计滤波器对各种频带叠加正弦信号进行解决,对比滤
2、波先后信号时域和频域图,验证滤波器效果。最后找一段语音信号,并对此信号进行采样和加噪,绘制出采样后语音信号时域波形和频谱图,然后用所设计滤波器对加噪后信号进行滤波,绘制出滤波后信号时域波形和频谱,并对滤波先后信号进行对比,分析信号变化。三、重点研究问题基于MatlabFIR数字滤波器基本设计办法,可以依照性能指标规定独立灵活地进行滤波器设计。四、重要技术指标或重要设计参数(1)滤波器类型(2)滤波器阶数和采样频率(3)通带和阻带截止频率(4)通带和阻带衰减五、设计成果规定1、完毕毕业设计书文档2、完毕程序编译和调试3、对程序重要语句做出注释本科生毕业设计(论文)开题报告 3月20日学生姓名学号
3、专业通信工程题目名称基于MatlabFIR数字滤波器设计课题来源导师提供重要内容数字滤波技术是数字信号解决一种重要构成某些,滤波器设计是信号解决核心问题之一。数字滤波器是一种离散系统,它可以对输入离散信号进行一系列运算解决,从输入信号中获得所需要信息。数字滤波器系统函数普通表达为数字滤波器分为有限冲激响应数字滤波器,即FIR数字滤波器和无限冲激响应,即IIR数字滤波器。从公式角度来看,FIR数字滤波器 始终为零;IIR数字滤波器至少有一种非零。实现数字滤波器办法普通有两种:一种办法是吧滤波器所要完毕运算编成程序并让计算机执行,也就是采用计算机软件来实现;另一种办法是设计专用数字硬件、专用数字信
4、号解决器或采用通用数字信号解决器来实现。本设计依照 FIR滤波器设计原理,提出了Matlab环境下FIR滤波器窗函数法、频率抽样法,Matlab环境为设计FIR滤波器提供了一种可靠而有效工作平台。Matlab软件以矩阵运算为基本,把计算、可视化及程序设计有机融合到交互式工作环境中,并且为数字滤波研究和应用提供了一种直观、高效、便捷利器。工程人员可以直观以便地进行科学研究与工程应用。Matlab是美国MathWorks 公司出品商业数学软件,用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算高档技术计算语言和交互式环境,重要涉及 Matlab和Simlink两大某些。在数字信号解决中 ,由于信号中经
5、常混有各种复杂成分,因此诸多信号分析都是基于滤波器而进行, 因而数字滤波器占有极其重要地位 。数字滤波器是具备一定传播选取特性数字信号解决装置,其输入与输出均为数字信号,实质上是一种由有限精度算法实现线性时不变离散系统。它基本工作原理是运用离散系统特性对系统输入信号进行加工和变换,变化输入序列频谱或信号波形,让有用频率信号分量通过,抑制无用信号分量输出。数字滤波器和模仿滤波器有着相似滤波概念,依照其频率响应特性可分为低通、高通、带通、带阻等类型。与模仿滤波器相比,数字滤波器除了具备数字信号解决固有长处外,尚有滤波精度高、稳定性好、灵活性强等长处。FIR滤波器可以得到严格线性相位,但它传递函数极
6、点固定在原点,只能通过变化零点位置来变化性能,为了达到高选取性,必要用较高阶数,对于同样滤波器设计指标,FIR滤波器规定阶数也许比IIR滤波器高510倍。在设计中,我将运用窗函数法、频率抽样法设计FIR滤波器,绘制出滤波器特性图。运用所设计滤波器对各种频带叠加正弦信号进行解决,对比滤波先后信号时域和频域图,验证滤波器效果。最后找一段语音信号,并对找到信号进行采样和加噪,绘制出采样后语音信号时域波形和频谱图,然后用所设计滤波器对加噪后信号进行滤波,绘制出滤波后信号时域波形和频谱,并对滤波先后信号进行对比,分析信号变化。采取主要技术路线或方法由于FIR数字滤波器具备严格相位特性,对于信号解决和数据
7、传播是很重要。当前FIR滤波器设计办法重要有三种:窗函数法、频率抽样法和优化设计办法。咱们本文重要简介窗函数法和频率抽样设计法。其中运用窗函数法设计FIR滤波器基本思路是:先给定频率响应函数,运用IDFT求出抱负滤波器单位响应在时域表达,从时域出发设计 h(n)逼近抱负 。咱们要设计是FIR滤波器,其h(n)必然是有限长,因此要用有限长h(n)来逼近无限长。最有效办法是将进行截断,或者说,是用一种有限长度窗函数序列w(n)来截取,即运用截取为有限长因果序列。按照线性相位滤波器规定,线性相位FIR数字低通滤波器单位抽样响应h(n)必要是偶对称。矩形窗设计FIR低通滤波器,最大相对肩峰值为8.95
8、%,N增长钾时,2pi/N减小,故起伏振荡变密,最大肩峰则总是8.95%,这种现象称为吉布斯(Gibbs)现象。为了消除吉布斯效应,普通采用其她类型窗函数,Matlab设计FIR滤波器有各种办法和相应函数。窗函数设计法不但在数字滤波器设计中占有重要地位,同步可以用于功率谱预计,从主线上讲,使用窗函数目就是消除由无限序列截短而引起Gibbs现象所带来影响。运用频率抽样法基本思路是:设所需滤波器频率响应为。现规定设计一种M阶FIR滤波器hk,使得在M+1个抽样点上,FIR滤波器频率响应与所需频率响应相等,即 由设计规定给定,hk需要通过设计来拟定。如果M+1个方程是线性无关,则可以通过求解M+1阶
9、线性方程得出FIR滤波器hk。对某些特殊抽样法,上式方程解可以直接由IDFT得到。由于规定设计出滤波器是实系数线性相位FIR滤波器,因此抽样值还需要满足线性相位滤波器约束条件。预期成果及形式1、毕业设计书文档2、程序编译和调试3、程序重要语句注释时间安排第3周 依照任务书,查阅有关资料第4周 完毕开题报告第5周 复习数字信号解决中关于FIR数字滤波器内容第6周 复习matlab课程中笔记,熟悉matlab使用第7周 开始运用matlab进行程序编译第8周 继续运用matlab进行程序编译,并修改程序中所浮现错误第9周 完毕外文翻译第10周 继续运用matlab进行程序编译和修改第11周 继续运
10、用matlab进行程序编译和修改,并完善程序注释第12周 完毕毕业论文第13周 制作PPT,准备答辩第14周 答辩指引教师意见签 名:年 月 日备注基于MatlabFIR数字滤波器设计摘要:在数字信号解决中 ,由于信号中经常混有各种复杂成分,因此诸多信号分析都是基于滤波器而进行, 因而数字滤波器占有极其重要地位。在数字控制系统中输入信号中所含干扰对系统性能会产生很大影响,因而需要对输入信号进行解决,以提取有用信号。有限长冲激响应(FIR)滤波器在数字信号解决中发挥着重要作用,采用Matlab软件对FIR数字滤波器进行仿真设计,简化了设计中繁琐计算。本文采用窗函数法,频率采样法通过调用Matla
11、b函数设计FIR数字滤波器。绘制相应幅频特性曲线。最后用基于Matlab函数设计FIR数字滤波器进行语音滤波解决,通过滤波先后信号频谱图和生成声音文献对比,分析不同滤波器滤波效果。核心词:FIR数字滤波器,仿真,窗函数法,频率抽样法,MatlabDesign of the MATLAB-based FIR digital filterAbstract:In digital signal processing,because the signal is often mixed with a variety of complex composition,so a lot of signal ana
12、lysis are based on the filter,digital filter occupies an extremely important position.In digital control system,interference,which is mixed in the input signal,has a great effect on performance of the system. Therefore,processing of input signal has to be done to get useful signal. Finite impulse re
13、sponse (FIR) filter plays an important role in the processing of digital signal. Designing the FIR filter by Matlab can simplify the complicated computation in simulation and improve the performance. By using the methods of window function,frequency sampling ,the design of FIR digital filter has bee
14、n processed in Matlab. In the view of the designed program of Matlab and the figure of the amplitude-frequency characterization. At last,by using the FIR digital filters which have been designed to process the sound signal based on the Matlab function,the filtering effect of different digital filter
15、s is analyzed by comparing the signals spectrum viewers and the sound files which have been generated. The experimental results show that the FIR filters designed in this paper are effective.Key words: FIR digital filter,simulation,windowing method,frequency sampling method,Matlab目录摘要IAbstractII第一章
16、绪论11.1 Matlab简介11.1.1 MATLAB发展11.1.2 Matlab重要功能21.2 Matlab优势及特点21.2.1 Matlab优势21.2.2 Matlab 语言特点2第二章 数字滤波器42.1 数字滤波器简介42.2 IIR数字滤波器42.3 FIR数字滤波器52.4 IIR与FIR数字滤波器比较7第三章 FIR数字滤波器设计83.1 窗函数法设计FIR滤波器83.2 频率抽样法设计线性相位FIR滤波器11第四章 运用Matlab实现FIR滤波器设计154.1 窗函数法Matlab实现154.2 频率抽样法Matlab实现224.3 运用滤波器解决加有噪声音频波形2
17、6结 论32致 谢33参照文献34附 录35附录一 外文原文及翻译35附录二 运用Matlab实现FIR滤波器设计参照程序54第一章 绪论Matlab是矩阵实验室(Matrix Laboratory)简称,是美国MathWorks公司出品商业数学软件,用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算高档技术计算语言和交互式环境,重要涉及Matlab和Simulink两大某些。1.1 Matlab简介1.1.1 MATLAB发展MATLAB是英文MATrix LABoratory(矩阵实验室)缩写。初期MATLAB是用FORTRAN语言编写,尽管功能十分简朴,但作为免费软件,还是吸引了大批使用者。
18、通过几年校际流传,在John Little。Cleve Moler和Steve Banger合伙,于1984年成立MathWorks公司,并正式推出MATLAB第一版版。从这时起,MATLAB核心采用C语言编写,功能越来越强大,除原有数值计算功能外,还新增了图形解决功能。MathWorks公司于1992年推出了具备划时代意义4.0版;1994年推出了4.2版扩充了4.0版功能,特别在图形界面设计方面提供了新办法;1997年春5.0版问世,5.0版支持了更多数据构造,使其成为一种更以便、更完善编程语言;1999年初推出MATLAB5.3版在诸多方面又进一步改进了MATLAB语言功能,随之推出全新
19、版本最优化工具箱和Simulink3.0达到了很高水平;10月,MATLAB6.0版问世,在操作页面上有了很大改观,为顾客使用提供了很大以便,在计算机性能方面,速度变更快,性能也更好,在图形界面设计上更趋合理,与C语言接口及转换兼容性更强,与之配套Simulink4.0版新功能也特别引人注目;6月推出MATLAB6.1版及Simulink4.1版,功能已经十分强大;6月推出MATLAB6.5版及Simulink5.0版,在计算办法、图形功能、顾客界面设计、编程手段和工具等方面均有了重大改进;,MathWorks公司推出了最新MATLAB7.0版,其中集成了最新MATLAB7编译器、Simuml
20、ink6.0仿真软件以及诸多工具箱。这一版本增长了诸多新功能和特性,内容相称丰富。Matlab重要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统建模和仿真等诸多强大功能集成在一种易于使用视窗环境中,为科学研究、工程设计以及必要进行有效数值计算众多科学领域提供了一种全面解决方案,代表了当今国际科学计算软件先进水平。1.1.2 Matlab重要功能1. 数值计算和符号计算功能2. 绘图功能3. 语言体系4. MATLAB工具箱1.2 Matlab优势及特点1.2.1 Matlab优势(1) 工作平台编程环境十分和谐(2)编程语言简朴易
21、用(3)数据计算解决能力十分强大(4)图像解决能力强大(5)模块集合工具箱应用广泛(6)程序接口和发布平台很实用(7)可以开发顾客界面1.2.2 Matlab 语言特点MATLAB语言被称为第四代计算机语言,其运用丰富函数资源,使程序员从繁琐程序代码中解放出来,其最突出特点就是简洁。MATLAB用更直观、符合人们思维习惯代码,代替了C和FORTRAN语言冗长代码,给顾客带来最直观、最简洁程序开发环境,下面简朴简介一下MATLAB重要特点。语言简洁紧凑,使用以便,库函数十分丰富。MATLAB程序书写形式自由,运用丰富库函数避开了繁琐子程序编程任务,由于库函数都是由本领域专家编写,因此不必紧张函数
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