基于多相滤波器组及瞬时测频关键技术的高效宽带的数字接收机研究应用.doc

西 安 邮 电 大 学

毕 业 设 计（论 文）

题 目：基于多相滤波器组及瞬时测频技术高效宽
带数字接受机研究

院 （系）： 通信与信息工程学院
专 业： 电子信息科学与技术
班 级： 电科0903班
学生姓名：
导师姓名： 常虹 职称： 讲师
起止时间： 3月11日至6月14日

毕业设计（论文）诚信声明书

本人声明：本人所提交毕业论文《基于多相滤波器组及瞬时测频技术高效宽带数字接受机研究》是本人在指引教师指引下独立研究、写作成果，论文中所引用她人文献、数据、图件、资料均已明确标注；对本文研究做出重要贡献个人和集体，均已在文中以明确方式注明并表达感谢。
本人完全意识到本声明法律后果由本人承担。

论文作者： （签字） 时间：6月14日
指引教师已阅： （签字） 时间：6月14日

西 安 邮 电 大 学
毕业设计(论文)任务书

学生姓名

指引教师
常虹
职称
讲师
院(系)
通信与信息工程学院
专业
电子信息科学与技术
题目
基于多相滤波器组及瞬时测频技术高效宽带数字接受机研究

任务与规定
1. 调研宽带数字测频接受机发呈现状，学习宽带接受原理及相
关知识。
2. 学习MATLAB仿真软件，并能进行简朴程序编写。
3. 学习老式滤波器有关知识。
4. 设计多相滤波器组及瞬时测频实现算法并与老式滤波器组进行性能对比分析。
5. 对所设计算法进行MATLAB仿真并对仿真成果进行分析。

开始日期
3月11日
完毕日期
6月14日
院 长(签字)

年
3
月
12
日

西 安 邮 电 大 学
毕 业 设 计 (论文) 工 作 计 划

3 月 14 日

学生姓名 指引教师 常虹 职称 讲师
院（系） 通信与信息工程学院 专业 电子信息科学与技术
题目 基于多相滤波器组及瞬时测频技术高效宽带数字接受究
工作进程
起 止 时 间
工 作 内 容

3月11日至3月20日 调研宽带数字测频接受机发呈现状，学
习宽带接受机原理及有关知识。

3月21日至3月31日 学习MATLAB仿真软件，并能进行简
单程序编写。

4月1日至4月30日 学习老式滤波器有关知识。设计多相
滤波器组及瞬时测频实现算法并与传
统滤波器进行性能对比分析。

5月1日至5月15日 对所设计算法进行MATLAB仿真并对仿真
成果进行分析。

5月16日至5月28日 撰写论文，完毕论文草稿。

5月29日至6月5日 完善并修改毕业论文。

6月6日至6月14日 准备答辩。

重要参照书目(资料)

(1) (美)James Tsui著.杨小牛，陆安南，金飚 译.带宽数字接受机[M].电子工业出版
社，.1-25.242-259
(2) 陈永其，黄爱苹，严文忠. 一种宽带中频数字信道化侦察接受机方案[J]. 电子对
抗技，，33(8)：34-35
(3) Rabiner L R，Crochiere R E 著.多抽样率数字信号解决[M]. 酆广增 译. 北京：人
民邮电出版社，1988. 322-344
(4) 杨小牛，楼才义，徐建良. 软件无线电原理与应用[M]. 北京：电子工业出版社，
. 69-74
重要仪器设备及材料

1.计算机一台
2.MTALAB 仿真平台

论文(设计)过程中教师指引安排

每周指引一次，重要解答学生问题，指引研究进度，并检查阅读资料笔记和仿真
程序。

对筹划阐明

本筹划为开题之初所定，后续会依照详细状况随时调节，最后一定按毕业设计规
定结束日期完毕。

西安邮电大学

毕业设计(论文)开题报告

通信与信息工程学院 院（系）电子信息科学与技术专业 09 级 03班

课题名称:基于多相滤波器组及瞬时测频技术高效宽带数字接受机研究

学生姓名： 学号：

指引教师： 常虹

报告日期： 3月15日

1．本课题所涉及问题及应用现状综述
本课题所涉及问题：
1. 调研宽带数字测频接受机发呈现状，学习宽带接受原理及有关知识
2. 学习MATLAB仿真软件,并能进行简朴程序编写。
3. 学习老式滤波器有关知识。
4. 设计多相滤波器组及瞬时测频实现算法并与老式滤波器组进行性能对比分析。
5. 对所设计算法进行MATLAB仿真并对仿真成果进行分析。
基于多相滤波器组及瞬时测频技术高效带宽数字接受机发展前景
在无线电技术领域,无线电系统所解决重要对象是电磁波。20世纪70年代此前,对电磁信号解决重要以模仿解决办法为主。80年代后来,随着微电子技术迅速发展,数字信号解决技术得到了广泛应用,并逐渐显现出模仿解决方式所无法达到优越性。当代战争中武器装备中存在着大量无线电设备，战场上态势感知、侦察监视、精准打击、通信指挥、导航辨认等等信息交互行为大多通过无线电办法实现，这些设备关系着整支军队战斗力。其对战争影响力恰恰证明了电子战在当代战争中起着至关重要作用。电子战涉及两个方面：电子对抗和电子反对抗。初期电子对抗中涉及侦察和干扰，日后随之技术进步，电子战范畴不断扩大，又有了电子隐身和电子摧毁等新领域浮现。作为发展历史最为悠久电子战技术领域，电子侦察重要任务是接受敌方雷达，通信等设备辐射信号。当代战争中，电子战所面临信号环境是一种空前密集环境，雷达侦察接受机也依照作战任务不同演变为几类，重要有电子信号情报侦察接受机，电子增援侦察接受机等等。随着微电子技术进步和信号解决理论发展，电子侦察接受机不断涌现出新体制和解决办法。
随着大规模集成电路和数字信号解决技术迅速发展 ,雷达接受机和电子战接受机数字化已是一种必然趋势。对电子侦察接受机也提出了更高规定。老式模仿接受机构造简朴，性能有限。作为一种新型接受机，数字接受机体制在较宽频带内有较高敏捷度，精准度和稳定性，同步具备高截获概率以及功能上灵活可编程等一系列长处。
作为当代数字信号解决理论重要分支，多速率信号解决技术和多相滤波器组是数字信道化接受机理论基本。对滤波器组引入多相分解使其在速度和资源损耗上得到抱负优化。正由于在实现高速信号子带划分所体现出优势，多相滤波器构成为数字信道化接受机工程实现重要办法。
2本课题需要重点研究核心问题、解决思路及实现预期目的可行性分析
核心问题：
1. 调研宽带数字测频接受机发呈现状，学习宽带接受原理及有关知识
2. 学习MATLAB仿真软件,并能进行简朴程序编写。
3. 学习老式滤波器有关知识。
4. 设计多相滤波器组及瞬时测频实现算法并与老式滤波器组进行性能对比分析。
5 对所设计算法进行MATLAB仿真并对仿真成果进行分析。
解决思路：
1. 阐述电子战在当前战争中用途和地位，接着简介电子战侦察接受机中两种重要接受机体制：信道化接受机和数字接受机。
2. 学习多相滤波器组理论基本。
3. 对参数编码器进行简介，探讨信号检测与参数测量办法。
4. 学习MATLAB仿真软件,并能进行简朴程序编写。
5. 针对仿真过程中数据参数，分析能量检测法性能和噪声不拟定性影响。
6. 在教师指引下形成课题详细论文报告，并不断完善论文。
实现预期目的可行性：
本文重要通过研究用基于多相滤波器组及瞬时测频技术高效带宽数字接受机，对多相滤波器组进行理论推导与仿真分析。立足多相滤波器组完毕总体硬件架构设计：通过MATLAB搭建一种系统，原理阶段用MATLAB语言编写系统用于原理仿真验证。

3完毕本课题工作方案
一方面，要掌握有关信息如下;
1. 理解数字接受机发展过程和发展前景。
2. 理解多相滤波器组原理和工作原理。
3. 学习MATLAB语言及其软件仿真。
4. 查阅有关资料，摸索分析并构建仿真模型，并给出对仿真系统优化方案。
另一方面，用MATLAB进行仿真测试;
通过MATLAB搭建一种相似系统，原理阶段用MATLAB语言编写系统用于原理仿真验证。工程实现阶段用于MATLAB并探究解决方案。
最后，撰写论文，完毕论文草稿，完善并修改毕业论文。

4．指引教师审视意见

指引教师(签字)：　　　　　　 年 3 月 24 日

阐明：
本报告必要由承担毕业论文(设计)课题任务学生在毕业论文(设计) 正式开始第1周周五之前独立撰写完毕，并交指引教师审视。

西安邮电大学毕业设计 (论文)成绩评估表
学生姓名

性别
女
学号

专 业班 级

课题名称
基于多想滤波器组及瞬时测频技术高效宽带数字接受机研究
课题
类型
软件工程类
难度
普通
毕业设计（论文）时间
年　3 月　11 日～　6 月　14 日
指引教师
常虹
(职称 讲师 )
课题任务
完毕状况
论文 19 (千字)； 设计、计算阐明书 (千字)； 图纸 47 (张)；
其他(含附件)：
指引教师意见

分项得分：开题调研论证 分； 课题质量（论文内容） 分； 创新 分；
论文撰写（规范） 分； 学习态度 分； 外文翻译 分
指引教师审视成绩：　　　　指引教师(签字)：　　　　　　 　 　　年　 月　 日
评
阅
教
师
意见

分项得分：选题 分； 开题调研论证 分； 课题质量（论文内容） 分； 创新 分；
论文撰写（规范） 分； 外文翻译 分
评阅成绩：　　　 　评阅教师(签字)：　　　　　　　 　 年　 月　 日
验
收
小
组
意
见

分项得分：准备状况 分； 毕业设计（论文）质量 分； （操作）回答问题 分
验收成绩：　　　验收教师(组长)(签字)：　　　　　　　 　 　年　 月　 日

答
辩
小组
意
见

分项得分：准备状况 分； 陈述状况 分； 回答问题 分； 仪表 分
答辩成绩： 答辩小组组长(签字)： 　 年 月 日
成绩计算办法
(填写本系实用比例)
指引教师成绩 20 (％) 评阅成绩 30 (％) 验收成绩 30 (％) 答辩成绩 20 (％)
学生实得成绩(百分制)
指引教师成绩 评阅成绩 验收成绩

答辩成绩 总评
答
辩
委
员
会
意
见

毕业论文(设计)总评成绩(级别)：
院(系)答辩委员会主任(签字)： 院(系) (签章)
年 月 日
备
注

西安邮电大学毕业论文(设计)成绩评估表(续表)
目录
摘要 I
ABSTRACT II
1　绪论 1
1.1　研究背景 1
1.2　宽带数字接受机现状 1
1.3　老式接受机与当代接受机区别 2
1.4　本文重要任务 4
2　数字滤波器基本理论 5
2.1　数字滤波器基本构造 5
2.1.1　IIR滤波器基本构造 5
2.1.2　FIR滤波器基本构造 6
2.2　数字滤波器设计原理 7
2.2.1　滤波器性能指标 8
2.2.2　IIR数字滤波器设计办法 9
2.2.3　FIR数字滤波器设计办法 9
2.3　本章小结 11
3　多相滤波器组理论原理与设计 17
3.1　几种基本定理原理 17
3.1.1　采样定理 17
3.1.2　抽取和内插 18
3.1.3　Noble恒等式 20
3.2　信道化滤波器组数字实现办法 20
3.2.1　并联数字滤波器算法实现滤波器组办法 20
3.2.2　DFT算法实现滤波器组办法 22
3.3　基于多相滤波器组数字信道化 25
3.3.1　多相表达法 25
3.3.2　基于多相滤波器组构造数字信道化 26
3.4　多相滤波器接受机MATLAB仿真 28
3.5　本章小结 30
4　高效数字信道化瞬时测频（IFM）接受机 31
4.1　一种数字信道化瞬时测频接受机方案 31
4.2　瞬时测频仿真分析 32
5　课题设计总结及展望 39
道谢 40
参照文献 41

摘要
随着数字信号解决技术和大规模集成电路制作工艺发展，宽带数字接受机已经成为电子侦察系统中最具备发展潜力接受机体制之一。与之相比老式模仿接受机构造较为复杂，性能普通会受限。作为一种新型接受机，数字接受机体制在较宽频带内有较好敏捷度、精准度和稳定性，同步也具备高截获概率以及功能上灵活可编程等一系列长处。作为当代数字信号解决重要分支，多相滤波器组技术就成为了数字信道化接受机理论基本。对滤波器组引入多相分解使其在速度和资源损耗上得到抱负优化。因此多相滤波器构成为数字信道化接受机工程实现重要办法。
本文重要用多相滤波器组和瞬时测频技术办法实现对宽带数字接受机研究，对多相滤波器组进行理论推导和分析，同步用MATLAB软件进行仿真分析，最后与老式滤波器组进行性能比较。下面就本文总体安排做一简介。
第一章，调研国内外宽带接受机研究现状，对数字接受机理论知识阐释，分析老式接受机和当前数字接受机不同，拟定本课题研究方向。
第二章，阐述老式滤波器及数字滤波器有关理论知识，总结归纳滤波器基本构造和数字滤波器两种基本设计办法。再对FIR数字滤波器和IIR数字滤波器进行了比较。
第三章，依照老式滤波器有关知识对多相滤波器组原理进行数学推导，并研究多相滤波信道化算法，建立数学模型，并对数学模型进行详尽MATLAB仿真验证，再推倒出基于DFT多相滤波器组信道化接受机高效构造，并用MATLAB仿真验证。最后与老式滤波器组进行性能对比分析。
第四章，依照前面基本知识得出瞬时测频数字接受构造，并用MATLAB仿真验证。总结高效构造长处，验证本课题研究价值。
第五章，对课题进行总结和展望。简介课题设计过程中经验教训，指出通过该课题研究解决了什么问题，解决到了什么限度，最后展望本课题研究前景，指出课题将来研究方向。
核心字：数字信道化；多相滤波器组；瞬时测频

ABSTRACT
With digital signal processing theory and the development of large scale integrated circuits，wideband digital receiver electronic surveillance system has become the most potential for development of one of the receiver system. Traditional analog receiver structure complicated，the performance is limited. As a new receiver，a digital receiver in a wide band system has high sensitivity，accuracy，and stability，but also has a high probability of intercept the flexibility and functional programmable series of advantages. As a modern digital signal processing important branch filter bank technology has become the digital channelized receiver theoretical basis. decomposition of the filter set to introduce it in terms of speed and resource depletion on get the ideal optimization. So filter composed of digital channelized receiver works to achieve an important method.
In this paper，a method with a polyphase filter bank to achieve the wideband digital receivers research on the polyphase filter bank theoretical derivation and analysis，simulation analysis using matlab and then comparing the performance of conventional filter bank analysis.
The first chapter，research status，the digital receiver to learn the theory of knowledge，compared to the conventional receiver and present different digital receivers to determine the direction of the research projects.
Chapter learning traditional filters，and the knowledge of the digital filter，to learn the basic structure of the filter and the digital filter of the two basic design. And then the FIR digital filter and IIR digital filters are compared.
Chapter III，according to the traditional knowledge of the filter on the principle of polyphase filter bank mathematical derivation and study the polyphase filter channel algorithm，a mathematical model，and a detailed mathematical model ofmatlabsimulation，pushed to a group based on DFT filter channelized receiver efficient structures and instantaneous frequency measurement digital receiver structure and using matlab simulation. Final performance with the traditional comparative analysis filter bank.
Chapter IV，on topics summary and outlook. A summary of the subject，describes the design process subject lessons，noting that through the research projects to solve the problem，to solve and to what extent，the final prospect research prospects，pointing out the direction of future research topics.
Keywords：digital channelized；instantaneous frequency measurement；polyphase filter bank
1　绪论
1.1　研究背景
近年来，随着A/D(analog-to-digital)变换技术、DSP(digital signal processing)等技术发展，宽带高速数字化接受机正逐渐成为当代雷达、遥测及通信系统中必不可少重要构成某些。高速A/D变换器，高速数字信号解决器等，这为发展高性能、多用途系统提供了技术支持。而宽带数字接受机就是在此技术基本上发展和建立起来。这样接受机有许多长处，如它信号解决办法很灵活、可以从输出信号中得到更多信息、可以同步解决各种信号到达等。因此国内外都在研究这方面技术，并且获得了很大成果，本文从学习基本知识出发，借鉴已研究出技术完毕本次毕业设计。
1.2　宽带数字接受机现状
当代社会信息技术(IT)高速发展时代，各个经济技术强国都在为了当代战争电子对抗中赢得先机和掌握积极，耗费大量精力来研究和开发数字化接受机，目就是为了在有也许爆发战争中居于积极地位。对于中华人民共和国来说，某些西方国家在军事方面早早就开始了：德国 R/S 公司研制宽带数字化接受机 EBD900，重要用于无线电监视，其工作频率范畴为 20MHz-2GHz，搜索速度为 4GHz/s（25KHz 带宽），动态范畴为 80dB。又如，英国研制 PVS3800 接受机，工作频率范畴为 0.5 GH z-1GHz，是一种用于电子战环境中宽带无线电通信监测接受机，可以实现搜索、监听、分析辨认等功能；还可以依照需要，通过加载不同软件，灵活地配备成各种不同功能接受机，如 PV3830 截获接受机，PV3840 分析接受机，PV3850 监视接受机等。这些接受机尽管可以覆盖各种频段，但它们只能工作于单一频段和模式，功能相对较少，灵活性不够，可扩展能力也较差，无法满足当代军事通信。1994 年，美国系统研究实验室就提出了数字信道化瞬时频率（IF）测量接受机模型。1998年，美国空军技术研究所在此基本上进行了完善，提出了一种高效，多速率数字信道化接受机构造。 年 4 月，BAE 系统公司向洛克希德公司交付首套用于 F35 电子战系统，具备雷达告警、信号收集和分析，被动式辐射定位和电子对抗能力。 年 6 月，BAE 又宣布向洛克希德公司交付首套用于 F22 生产型电子战系统，这不但标志着这种四代机电子战系统已正式定型生产，其重大意义还在于这是生产型宽带电子战数字接受机在战术平台上初次应用。F-22无源探测分系统 ALR-94，采用了数字信道化接受体制实现数字化告警接受机。该数字战争系统吸取了商用模数转换技术和现场可编程门阵列（FPGA）方面突破性进展，用可重新配备数字接受机取代了老式模仿接受机，可为F-22 减少成本、减少功率、减轻重量。该接受机提供超过 500MHz 瞬时测量带宽，并且硬件某些经改装可完毕宽带信道机、调谐超外差接受机或压缩式接受机功能。ALR -69（V）告警接受机在现阶段升级为全数字化雷达告警接受机 ALR-69A（V），ALR -69A（V）是当前安装在美空军 C-130，F16，A-10 和 MH-53 战机上 ALR-69（V）升级代替品，该告警接受机同样采用数字信道化接受体制。以色列艾尔塔系统公司 EL/L-8265 新一代机载雷达告警接受机使用了数字化接受机。显然，使用数字化技术是告警机在发展道路中必然趋势，采用数字信道化接受体制将为告警器性能提高起到不可预计作用。
与国外相比较，国内数字信道化接机技术研究和发展有些滞后。国内在数字信道化接受及其后续编码技术研究工作刚刚起步，国内仅有少数几所高等院校在进行数字信道化接受体制研究，如采用两级数字化模型级联办法实现了数字信道化，结合高效数字信道化接受机构造与差分测频技术，提高信道检测能力。数字信道化技术发展还不够完善，虽然这方面信号接受和解决有大量先进办法提出，但数字信道化技术在工程上应用还受到诸如测频精度不够高（信道带宽一半），邻近信道响应干扰等问题困扰，因而，数字信道化技术还需要不断完善。由于数字化带来强大优势，特别是随着高速 ADC、FPGA 和 DSP 器件和工艺水平不断提高，近年来对宽带数字信道化接受研究十分活跃，除了高速 ADC 和信号分析等问题外，研究重要集中在数字接受机体系构造、信号检测和参数测量上。优化既有数字信号解决算法，找到高效高性能，合用于工程数字信道化接受机模型。本文研究基于多相滤波组及瞬时测频技术高效宽带数字接受机充分结合了模仿信道化接受机和数字信号解决技术长处，是电子侦察接受机发展方向。运用该构造信道化接受机解决 ADC 输出数据，检测信号、测频并给出脉冲描述字，并用MATLAB进行最后仿真。
1.3　老式接受机与当代接受机区别　
数字接受机定义是一种通过A/D转换器对信号进行数字化后使用数字信号解决技术实现变频、滤波、解调等信号解决过程接受机。随着数字DSP论和LSI技术进步，在80年代接受机体系中衍生出了以高速模数转换器以及数字信号解决电路为重要特性数字接受机。数字接受机敏捷度和精度高，稳定性好，设计灵活且可以实现复杂功能，已成为接受机中最有前景体制。当前研究重点重要集中在数字电子战接受机方面。这种类型接受机，一方面把输入信号下变频为中频信号，然后用一种高速多比特ADC对其进行数字化，并采用数字信号解决技术产生所盼望收集信息。以当前器件水平，数字接受机模数转换普通是在中频完毕，中频信号相比于天线接受到射频信号，要通过混频并且滤波非线性过程，引入了谐波，导致信号杂散增长。因此中频数字化并不是抱负数字接受机方案。将来抱负数字接受机将在射频端完毕数字化接受机。
数字接受机在通信、雷达、导航系统、电子对抗系统、敌我辨认系统、民用收音机和电视机中都得到广泛应用，是接受机此后发展重要体制。数字接受机框图如图 1-1 所示：

图1-1　数字接受机框图
老式接受机都是采用模仿办法实现，在接受过程中由于受到模仿器件限制，这样容易导致信号频率和相位等方面失真。老式接受机中较为典型是超外差接受机，其构造如图1-2所示，超外差接受机通过调谐变化本振频率与接受机通频带中心频率，可以覆盖一定频率范畴，以实现对宽频段信号接受，虽然接受机调谐范畴很宽，但对任意时刻来说，依然是窄带接受机。

图1-2　超外差接受机框图
当代电子侦察接受机与老式通信接受机（如收音机或电视机）和雷达接受机有着极大不同。通信接受机在设计时，都会提前得到已知数据，例如接受信号频率、调制方式和带宽都是已知，设计起来相对容易某些。作为雷达重要某些雷达接受机也是在输入信号已知前提下设计。但是作为电子侦察重要构成某些电子侦察接受机设计起来就相对较复杂，输入不但没有预知能力，敌方尚有也许采用特殊方式来避开我方接受机检测。
因而这就规定电子战中宽带数字接受机各方面性能达到最优，空间域、频率域、时间域上等，都规定是最先进。这就规定侦察接受机要可以实现对任何方位、任何频率和任何时间信号都能实既有效精确地截获。如此而言，频域规定带来重要问题是接受机在一种很大带宽范畴内有也许“同步” 收到大量信号，这些信号混合在一起被接受机截获，这样会给后期解决带来了很大困难。科研人员提出了诸多办法想解决这个问题，这其中就有信道化办法，信道化将较宽宽带通道划分为若干个相邻子信道，按照频段实现对较大带宽内高密度信号分类，再通过对各个信道输出进行解决，可以实现对大瞬时带宽密集信号环境下同步接受。因而信道化可以看作是若千个窄带接受机并联。信道化接受机具备较高敏捷度和频率辨别率、宽动态范畴、高截获概率等长处，是电子侦察接受机中一种较为抱负体制。
1.4　本文重要任务
本文重要用多相滤波器组办法实现信道化宽带数字接受机研究，对多相滤波器组进行理论推导和分析，用MATLAB进行仿真分析再与老式滤波器组进行性能对比分析。
第一章，调研国内外宽带接受机研究现状，对数字接受机理论知识阐释，分析老式接受机和当前数字接受机不同，拟定本课题研究方向。
第二章，阐述老式滤波器及数字滤波器有关理论知识，总结归纳滤波器基本构造和数字滤波器两种基本设计办法。再对FIR数字滤波器和IIR数字滤波器进行了比较。
第三章，依照老式滤波器有关知识对多相滤波器组原理进行数学推导，并研究多相滤波信道化算法，建立数学模型，并对数学模型进行详尽MATLAB仿真验证，再推倒出基于DFT多相滤波器组信道化接受机高效构造，并用MATLAB仿真验证。最后与老式滤波器组进行性能对比分析。
第四章，依照前面基本知识得出瞬时测频数字接受构造，并用MATLAB仿真验证。总结高效构造长处，验证本课题研究价值。
第五章，对课题设计进行总结和展望。简介课题设计过程中经验教训，指出通过该课题研究解决了什么问题，解决到了什么限度，最后展望本课题研究前景，指出课题将来研究方向。

2　数字滤波器基本理论
2.1　数字滤波器基本构造
作为线形时不变系统数字滤波器可以用系统函数来表达，而实现一种系统函数表达式所示系统可以用两种办法：一种办法是采用计算机软件实现；另一种办法是用加法器、乘法器、和延迟器等元件设计出专用数字硬件系统，即硬件实现。无论软件实现还是硬件实现，在滤波器设计过程中，由同一系统函数可以构成诸多不同运算构造。对于无限精度系数和变量，不同构造也许是等效，与其输入和输出特性无关；但是在系数和变量精度是有限状况下，不同运算构造性能就有很大差别。因而，有必要对离散时间系统构造有一基本结识。
2.1.1　IIR滤波器基本构造
一种数字滤波器可以用系统函数表达为：
(2-1)
由这样系统函数可以得到表达系统输入与输出关系常系数线形差分程为：
(2-2)
可见数字滤波器功能就是把输入序列x(n)通过一定运算变换成输出序列y(n)。不同运算解决办法决定了滤波器实现构造不同。无限冲激响应滤波器单位抽样响应h(n)是无限长，其差分方程如(2-2)式所示，是递归式，即构造上存在着输出信号到输入信号反馈，其系统函数具备(2-1)式形式，因而在z平面有限区间(0<︱z︱<∞)有极点存在。
IIR滤波器实现基本构造有：
（1）IIR滤波器直接型构造
长处：延迟线减少一半，变为N 个，可节约寄存器或存储单元。
缺陷：普通在实际中很少采用上述构造实现高阶系统，而是把高阶变成一系列不同组合低阶系统(一、二阶)来实现。
（2）IIR滤波器级联型构造
长处：系统实现简朴，只需一种二阶节系统通过变化输入系数即可完毕； 极点位置可单独调节； 运算速度快(可并行进行)； 各二阶网络误差互不影响，总误差小，对字长规定低。
缺陷：不能直接调节零点，因各种二阶节零点并不是整个系统函数零点，当需要精确传播零点时，级联型最适当。
（3）IIR滤波器并联型构造
长处：简化实现，用一种二阶节，通过变换系数就可实现整个系统；极、零点可单独控制、调节，调节α1i、α2i只单独调节了第i对零点，调节β1i、β2i则单独调节了第i对极点；各二阶节零、极点搭配可互换位置，优化组合以减小运算误差； 可流水线操作。
缺陷：二阶电平难控制，电平大易导致溢出，电平小则使信噪比减小。

a、直接型 b、并联型

c、串联型
图2.1　IIR滤波器基本构造
2.1.2　FIR滤波器基本构造
FIR滤波器单位抽样响应为有限长度，普通采用非递归形式实现。普通FIR数字滤波器有横截性和级联型两种。
FIR滤波器实现基本构造有：
（1）FIR滤波器横截型构造
表达系统输入输出关系差分方程可写作：
(2-3)
直接由差分方程得出实现构造如图2-2所示：

图2.2 横截型(直接型﹑卷积型)
（2）FIR滤波器级联型构造
将H(z)分解成实系数二阶因子乘积形式：
(2-4)
这时FIR滤波器可用二阶节级联构造来实现，每个二阶节用横截型构造实现。如图所示：

图2-5　FIR滤波器级联构造
这种构造每一节控制一对零点，因而在需要控制传播零点时可以采用这种构造。
2.2　数字滤波器设计原理
数字滤波器依照其冲激响应函数时域特性，可分为两种，即无限长冲激响应(IIR)滤波器和有限长冲激响应(FIR)滤波器。IIR滤波器特性是，具备无限持续时间冲激响应。这种滤波器普通需要用递归模型来实现，因而有时也称之为递归滤波器。FIR滤波器冲激响应只能延续一定期间，在工程实际中可以采用递归方式实现，也可以采用非递归方式实现。随着MATLAB软件特别是MATLAB信号解决工作箱不断完善，不但数字滤波器计算机辅助设计有了也许，并且还可以使设计达到最优化。
数字滤波器设计基本环节如下：
（1） 拟定指标：
在设计一种滤波器之前，必要一方面依照工程实际需要拟定滤波器技术指标。在诸多实际应用中，数字滤波器经常被用来实现选频操作。因而，指标形式普通在频域中给出幅度和相位响应
（2） 逼近：
拟定了技术指标后，就可以建立一种目的数字滤波器模型。普通采用抱负数字滤波器模型。之后，运用数