Matlab和雙線性變換的濾波器設(shè)計(jì)

1、題 目：MATLAB課程設(shè)計(jì)一基于Matlab和雙線性變換的濾波器設(shè)計(jì)初始條件：MATLA仿真軟件數(shù)字信號(hào)處理與圖像處理基礎(chǔ)知識(shí)雙線性變換法的原理和算法巴特沃斯高通濾波器的性能指標(biāo)要求完成的主要任務(wù)：利用MATLAB仿真軟件系統(tǒng)結(jié)合雙線性變換法設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字巴特沃斯高通、低通和帶 通IIR濾波器。說(shuō)明：自己確定濾波器的不同參數(shù)得到不同的結(jié)果，最后自己分析原因。課程設(shè)計(jì)題目由指導(dǎo)教師提供，每人隸屬一組完成任務(wù)，每組完成的內(nèi)容不能雷同（按學(xué)號(hào)分組）時(shí)間安排：序 號(hào)階段內(nèi)容所需時(shí)間1方案設(shè)計(jì)1天2軟件設(shè)計(jì)2天3系統(tǒng)調(diào)試1天4答辯1天合計(jì)5天指導(dǎo)教師簽名：系主任（或責(zé)任教師）簽名:目錄摘要數(shù)字濾波器是數(shù)

2、字信號(hào)處理的基礎(chǔ)，用來(lái)對(duì)信號(hào)進(jìn)行過(guò)濾、檢測(cè)與參數(shù)估計(jì)等處理， 在通信、圖像、語(yǔ)音、雷達(dá)等許多領(lǐng)域都有著十分廣泛的應(yīng)用。尤其在圖像處理、數(shù)據(jù)壓 縮等方面取得了令人矚目的進(jìn)展和成就。鑒于此，數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)就顯得尤為重要。此報(bào)告重點(diǎn)介紹了用雙線性不變法設(shè)計(jì) IIR 數(shù)字濾波器的基本流程，比較了各種設(shè)計(jì) 方法的優(yōu)缺點(diǎn)，總結(jié)了模擬濾波器的性能特征。最后以雙線性不變法設(shè)計(jì)了一個(gè)高通巴特 沃斯 FIR 數(shù)字濾波器，介紹了設(shè)計(jì)步驟，然后在 Matlab 環(huán)境下進(jìn)行了仿真與調(diào)試，實(shí)現(xiàn) 了設(shè)計(jì)目標(biāo)。關(guān)鍵字：數(shù)字濾波器 巴特沃斯 MATLAB 雙線性變法AbstractMatlab for research an

3、d application of digital filter provides an intuitive, efficient and convenient weap on. He matrix operati ons based on the calculati on, visualizati on, program desig n in tegrated in to an in teractive worki ng en vir onment. In particular, Matlab toolbox to en able researchersin various fields ca

4、n be easy and intuitive application of scientific research and engin eeri ng.This report in troduced with emphasis of the basic flow of desig ning the IIR digit filter by the bili near political reform, compared with each kind of desig n method's good and bad poin ts, summarized an alog filter&#

5、39;s performa nce characteristic. Fin ally desig n one by the bili near political reform to pass Butterworth high IIR digit filter, introduced the design procedure, then has carried on the simulatio n and the debuggi ng un der the Matlab en vir onment, has achieved the project objective.Keyword: dig

6、ital filter Butterworth MATLAB1 數(shù)字濾波器1.1 數(shù)字濾波器的基本概念數(shù)字濾波器是數(shù)字信號(hào)處理的重要基礎(chǔ)，是對(duì)信號(hào)都是過(guò)濾檢測(cè)與參數(shù)估計(jì)等處理過(guò) 程中，它是使用最為廣泛的一種線性系統(tǒng)。數(shù)字濾波器處理的對(duì)象是經(jīng)由采樣期間將模擬 信號(hào)轉(zhuǎn)換而得到的數(shù)字信號(hào)。數(shù)字濾波器是指完成信號(hào)濾波處理功能的，用有限精度算法 實(shí)現(xiàn)的離散時(shí)間線性非時(shí)變系統(tǒng)。數(shù)字濾波器的輸入是一組數(shù)字量。它本身既可以是用數(shù) 字硬件裝配而成的一臺(tái)用于完成給定運(yùn)算的專(zhuān)用數(shù)字計(jì)算機(jī)，也可以是將所需的運(yùn)算編寫(xiě) 的程序通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)執(zhí)行。數(shù)字濾波器具有穩(wěn)定性高、精度高、靈活性大等突出優(yōu)點(diǎn)。隨 著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，用數(shù)

7、字技術(shù)實(shí)現(xiàn)濾波器的功能愈來(lái)愈受到人們的重視，并得到了廣泛 的應(yīng)用。數(shù)字濾波器的數(shù)學(xué)運(yùn)算通常有兩種實(shí)現(xiàn)方式。一種是頻域法，即利用 FFT 快速運(yùn)算方 法對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行離散傅里葉變換， 分析其頻譜， 然后再根據(jù)所希望的頻率特性進(jìn)行濾波， 再利用傅里葉反變換得到時(shí)域信號(hào)。這種方法具有較好的頻域選擇特性和靈活性，并且由 于信號(hào)頻率與所希望的頻率特性是簡(jiǎn)單的相乘關(guān)系，所以它比計(jì)算等價(jià)的時(shí)域卷積要快得 多。另一種方法是時(shí)域法，這種方法是通過(guò)離散的抽樣數(shù)據(jù)做差分?jǐn)?shù)學(xué)運(yùn)算來(lái)達(dá)到濾波目 的的。1.2 數(shù)字濾波器的分類(lèi)數(shù)字濾波器按照不同的分類(lèi)方法，可分為許多種，但總體來(lái)講可以分成兩大類(lèi)。 一類(lèi)稱(chēng)為經(jīng)典濾波器，即一

8、般濾波器，特點(diǎn)是輸入信號(hào)中有用的頻率成分和希望濾除 的頻率成分各占有不同的頻帶，通過(guò)一個(gè)合適的選頻濾波器達(dá)到濾波的目的。但對(duì)于 一般濾波器，如果信號(hào)和干擾的頻帶互不重疊，則不能完成對(duì)干擾的有效濾除，這是 需要采用另一類(lèi)所謂的現(xiàn)代濾波器，例如維納濾波器、卡爾曼濾波器、自適應(yīng)濾波器 等最佳濾波器，這些濾波器可按照隨機(jī)信號(hào)內(nèi)部的一些統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律，從干擾中最佳 地提取信號(hào)。從功能上，一般數(shù)字濾波器可以分為低通、高通、帶通、帶阻和全通等，此種分 類(lèi)方法是和模擬濾波器一樣的1.3數(shù)字濾波器的MATLA實(shí)現(xiàn)MATLAE工具箱未濾波器的設(shè)計(jì)應(yīng)用提供了豐富而簡(jiǎn)便的方法，如函數(shù)方法和圖形工具 方法等，使原來(lái)非常繁

9、瑣復(fù)雜的程序設(shè)計(jì)變成了簡(jiǎn)單的函數(shù)調(diào)用，為濾波器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn) 開(kāi)辟了廣闊的天地。數(shù)字濾波器的一般設(shè)計(jì)過(guò)程為：按照實(shí)際需要，確定濾波器的性能要求； 用一個(gè)因果的、穩(wěn)定的離散線性時(shí)不變系統(tǒng)，去逼近這一性能指標(biāo)；用有限精度的運(yùn) 算實(shí)現(xiàn)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)；通過(guò)模擬，驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是否符合給定性能要求。 Dd2雙線性變換法2.1雙線性變換法知識(shí)簡(jiǎn)介脈沖響應(yīng)不變法的主要缺點(diǎn)是產(chǎn)生頻率響應(yīng)的混疊失真。這是因?yàn)閺腟平面到Z平面是多值的映射關(guān)系所造成的。為了克服這一缺點(diǎn)，可以采用非線性頻率壓縮方法，將整個(gè) 頻率軸上的頻率范圍壓縮到-n/Tn/T之間，再用z=e轉(zhuǎn)換到Z平面上。也就是說(shuō)，第 一步先將整個(gè)S平面壓縮映射到

10、Si平面的-n/Tn/T 條橫帶里；第二步再通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)變 換關(guān)系z(mì)=es1T將此橫帶變換到整個(gè)Z平面上去。這樣就使S平面與Z平面建立了一一對(duì)應(yīng) 的單值關(guān)系，消除了多值變換性，也就消除了頻譜混疊現(xiàn)象。由圖2-1看出，在零頻率附近，模擬角頻率Q與數(shù)字頻率3之間的變換關(guān)系接近于線 性關(guān)系；但當(dāng)Q進(jìn)一步增加時(shí)，3增長(zhǎng)得越來(lái)越慢，最后當(dāng)QX時(shí)，3終止在折疊頻率 3 =冗處，因而雙線性變換就不會(huì)出現(xiàn)由于高頻部分超過(guò)折疊頻率而混淆到低頻部分去的 現(xiàn)象，從而消除了頻率混疊現(xiàn)象。2.2雙線性變換法設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器原理將S平面j 軸壓縮變換到si平面j軸上的-/T到/T 一段，可以采用以下變換關(guān)系：tan iT2這樣

11、變換到i -，0變換到i 0，可將上式寫(xiě)成j丄 j衛(wèi)2 2. e ej.1Tj j-2 2 e e令j s，j 1 s,，解析延拓到整個(gè)s平面和s1平面，可得s,TqTr2c 2eesstst22ee再將$平面通過(guò)以下變換關(guān)系映射到Z平面，即S1Tz e從而得到s平面和z平面的單值映射關(guān)系為般來(lái)說(shuō)，為了使模擬濾波器的某一頻率與數(shù)字濾波器的任一頻率有對(duì)應(yīng)關(guān)系，可引入待定常數(shù)c，1c-1eT將z e5代入到上式，可得1c-1i z1 z在MATLAB，雙線性Z變換可以通過(guò)bilinear 函數(shù)實(shí)現(xiàn)，其調(diào)用格式為:Bz，Az = bilinear（B ，A，F(xiàn)s）;其中B，A為模擬濾波器傳遞函數(shù) q

12、s）的分子分母多項(xiàng)式的系數(shù)向量，而 Bz，Az為數(shù)字濾 波器的傳遞函數(shù)Hz）的分子分母多項(xiàng)式的系數(shù)向量。3設(shè)計(jì)任務(wù)及方案選擇3.1設(shè)計(jì)任務(wù)與要求利用MATLAB仿真軟件系統(tǒng)結(jié)合雙線性變換法設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字巴特沃斯高通、低通 和帶通FIR濾波器。說(shuō)明：自己確定濾波器的不同參數(shù)得到不同的結(jié)果，最后自己分 析原因。假設(shè)一個(gè)信號(hào)：x(t) sin 2 f it0.5cos 2 f 2t其中f仁100Hz, f2=550Hz。試將該信號(hào)分別通過(guò)低通、高通、帶通濾波器，對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行分析比較。Step1:Step2:Step3:Step4:3.2方案設(shè)計(jì)論證與選擇本次濾波器設(shè)計(jì)的主要方法是先設(shè)計(jì)低通模擬濾波器

13、，然后轉(zhuǎn)換為高通、帶通或帶阻 數(shù)字濾波器。對(duì)于其他如高通，帶通，則通過(guò)頻率變換轉(zhuǎn)換為設(shè)計(jì)相應(yīng)的高通，帶通等。 在設(shè)計(jì)的全過(guò)程的各個(gè)步驟，matlab都提供相應(yīng)的工具箱函數(shù)，使得IIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) 變得非常簡(jiǎn)單?？偟膩?lái)說(shuō)，我的設(shè)計(jì)思路主要有以下兩種：方案一：從歸一化模擬低通原型出發(fā)，先在模擬域內(nèi)經(jīng)頻率變換成為所需類(lèi)型的模擬 濾波器；然后進(jìn)行雙線性變換，由S域變換到Z域，而得到所需類(lèi)型的數(shù)字濾波器。圖3-1先頻率變換再離散方案二：先進(jìn)行雙線性變換，將模擬低通原型濾波器變換成數(shù)字低通濾波器；然后在Z域內(nèi)經(jīng)數(shù)字頻率變換為所需類(lèi)型的數(shù)字濾波器圖3-2先離散再頻率變換以上兩種方案都可以，我最后選擇了第一

14、種方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，即先在模擬域內(nèi)經(jīng)頻率變換成為所需類(lèi)型的模擬濾波器；然后進(jìn)行雙線性變換，由S域變換到Z域，而得到所需類(lèi)型的數(shù)字濾波器。因?yàn)楦咄?，帶通濾波器的設(shè)計(jì)方法是先將要設(shè)計(jì)的濾波器的技術(shù)特性指標(biāo) 通過(guò)頻率轉(zhuǎn)換成模擬低通濾波器的技術(shù)指標(biāo)，再根據(jù)這些性能指標(biāo)設(shè)計(jì)出低通濾波器的傳 遞函數(shù)，為了設(shè)計(jì)程序的簡(jiǎn)潔，故選擇了方案一。4程序設(shè)計(jì)與調(diào)試4.1設(shè)計(jì)要求若實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求得巴特沃斯高通濾波器的性能指標(biāo)為：通帶邊界頻率fp: fp=400Hz;通帶波紋Rp：Rp=1dB;阻帶邊界頻率fs： fs=300Hz;阻帶衰減Rs：Rs=30dB；采樣頻率Fs：Fs=2000Hz;要求巴特沃斯低通濾波器通帶邊界頻

15、率與阻帶邊界頻率與高通的正好相反模擬帶通濾波器中心頻率為 f0=200Hz，帶寬為Bw=400Hz，4.2程序設(shè)計(jì)與說(shuō)明模擬低通濾波首先應(yīng)用雙線性變換作為數(shù)字低通濾波器到模擬高通濾波器的頻率預(yù)畸變處理:2 tanT 22p Twscot 222 fT利用上式確定的技術(shù)指標(biāo)和已知的參數(shù)Rp、Rs，就可以進(jìn)行模擬原型低通濾波器設(shè)計(jì)了。該部分的程序設(shè)計(jì)與注釋如下：Fs=2000; Ts=1/Fs; wp=400*2*pi;ws=300*2*pi;Rp=1;Rs=30;wpl=Fs*2*ta n(ws*Ts/2);wsl=Fs*2*ta n(wp*Ts/2);N,Wn=buttord(wpl,wsl,

16、Rp,Rs,'s');%米樣頻率和米樣周期%低通、高通數(shù)字濾波器截止頻率%通帶波紋和阻帶衰減%按頻率轉(zhuǎn)換公式進(jìn)行轉(zhuǎn)換z,p,k=buttap(N);%計(jì)算模擬濾波器的最小階數(shù)%設(shè)計(jì)模擬原型低通濾波器b,a=zp2tf(z,p,k);%變零極點(diǎn)增益形式為系統(tǒng)傳遞函數(shù)形式H,w=freqs(b,a); figure;%求模擬低通濾波器的頻率響應(yīng)plot(w,abs(H);grid; title('模擬低通原型');%繪制低通頻率特性xlabel('w');ylabel(' 幅度');4.2.2 模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換(1)從低通向低通的轉(zhuǎn)換

17、 b,a=lp2lp(Bap,Aap,Wn); 功能是把模擬濾波器原型轉(zhuǎn)換成截至頻率為 Wn的低通濾波器。再由得到的模擬低通濾波器通過(guò)函數(shù) Bz, Az = bilinear(B ,A，F(xiàn)s)得到數(shù)字低通濾波器。該部分的程序設(shè)計(jì)如下：e1,f1=lp2lp(b,a,300*2*pi) ;%原型低通轉(zhuǎn)換為低通模擬濾波器h1,w1=freqs(e1,f1);figure;%求模擬低通濾波器的頻率響應(yīng)plot(w1/(2*pi),abs(h1); grid;title('模擬低通濾波器');%繪制高通頻率特性xlabel('頻率 Hz');ylabel('幅度

18、');r1,q1=bilinear(e1,f1,1000);%模擬低通濾波器轉(zhuǎn)換為數(shù)字濾波器s1,w2=freqz(r1,q1); figure;%求數(shù)字低通濾波器的頻率響應(yīng)plot(w2/pi, 20*log10(abs(s1);grid;響應(yīng)%繪制數(shù)字低通濾波器的頻率title('數(shù)字低通濾波器');xlabel('w/pi');ylabel('幅度(dB)');(2)從低通向高通的轉(zhuǎn)換 b,a=lp2hp(Bap,Aap,Wn); 功能是把模擬濾波器原型轉(zhuǎn)換 成截至頻率為 Wn 的模擬高通濾波器，再進(jìn)一步轉(zhuǎn)換成數(shù)字高通濾波器。程序設(shè)

19、計(jì)如下：e2,f2=lp2hp(b,a,300*2*pi) ;%原型低通模擬濾波器轉(zhuǎn)換為高通模擬濾波器h2,w3=freqs(e2,f2);%求模擬高通濾波器的頻率響應(yīng)figure;plot(w3/(2*pi),abs(h2);grid;title(' 模擬高通濾波器 ');xlabel('頻率 Hz');ylabel('幅度');r2,q2=bilinear(e2,f2,1000);s2,w4=freqz(r2,q2);figure;plot(w4/pi, 20*log10(abs(s2);grid;%繪制高通頻率特性%模擬高通濾波器轉(zhuǎn)換為數(shù)字

20、濾波器%求數(shù)字高通濾波器的頻率響應(yīng)%繪制數(shù)字高通濾波器的頻率響應(yīng)title('數(shù)字高通濾波器');xlabel('w/pi');ylabel('幅度(dB)');(3) 從低通向帶通的轉(zhuǎn)換 b,a=lp2bp(Bap,Aap,W0 ，Bw); 功能是把模擬濾波器原型 轉(zhuǎn)換成中心頻率為 W0帶寬為Bw的模擬帶通濾波器，在進(jìn)一步轉(zhuǎn)換成數(shù)字帶通濾波器。 程序設(shè)計(jì)如下：W0=200*2*pi;Bw=200; e3,f3=lp2bp(b,a,W0,Bw) ;h3,w5=freqs(e3,f3); figure;plot(w5/(2*pi),abs(h3);

21、grid;title('模擬帶通濾波器'); xlabel('頻率 Hz');ylabel('幅度');r3,q3=bilinear(e3,f3,1000); s3,w6=freqz(r3,q3);figure;plot(w6/pi, 20*log10(abs(s3);grid; title('數(shù)字帶通濾波器'); xlabel('w/pi');ylabel('幅度(dB)');%原型低通轉(zhuǎn)換為帶通模擬濾波器%求模擬帶通濾波器的頻率響應(yīng)%繪制帶通頻率特性%模擬濾波器轉(zhuǎn)換為數(shù)字濾波器%求數(shù)字帶通濾波器

22、的頻率響應(yīng)%繪制數(shù)字帶通濾波器的頻率響應(yīng)%時(shí)間序列%輸入信號(hào)頻率 %輸入信號(hào)%繪制輸入信號(hào)y=filter(bz,az,x)%對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行低通濾波%繪制輸出信號(hào)filter 中參量改為 r2、q2 和 r3、q3 即可高通、帶通濾波器，調(diào)用函數(shù)4.1.3 對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行濾波讀取輸入信號(hào)程序：n=0:180;dt=1/Fs;t=n*dt;f1=100;f2=550;x=sin(2*pi*f1*t)+cos(2*pi*f2*t)+sin(2*pi*1*t); figure;plot(t,x);grid;title('輸入信號(hào)'); xlabel('時(shí)間 t');y

23、label('幅度');將輸入信號(hào)分別通過(guò)得到的低通、 對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行濾波。y=filter(r1,q1,x);figure;plot(t,y);grid;title('低通濾波輸出信號(hào)'); xlabel('時(shí)間 t');ylabel('幅度') 再進(jìn)行高通、帶通濾波只需將調(diào)用函數(shù)4.3 仿真結(jié)果與分析將設(shè)計(jì)好的程序在 matlab 軟件下進(jìn)行仿真，得到仿真波形仿真結(jié)果記錄圖4-1模擬低通原型幅頻響應(yīng)Figure gSH S恰目Fil s Edat View InsertDsskt盯f Window HslpFigure 2模擬

24、低通濾液器1 Si!：File Idi t Vi e* InEart TooLe Desktop If 1 ndo* Help 竺 Q 略毆Q紗®貶 0 - 數(shù)字低逋濾漩器100aw(豊 grson3-(a)低通模擬濾波器的頻率特性曲線(b)巴特沃斯低通數(shù)字濾波器的頻率特性曲線圖4-2(a)高通模擬濾波器的頻率特性曲線(b)巴特沃斯高通數(shù)字濾波器的頻率特性曲線圖4-3(b)巴特沃斯帶通數(shù)字濾波器的頻率特性曲線(a)帶通模擬濾波器的頻率特性曲線圖4-4圖4-5輸入信號(hào)波形圖4-6經(jīng)過(guò)巴特沃斯低通濾波器濾波后的輸出波形圖4-7經(jīng)過(guò)巴特沃斯高通濾波器濾波后的輸出波形圖4-8經(jīng)過(guò)巴特沃斯高通

25、濾波器濾波后的輸出波形432仿真結(jié)果分析由仿真結(jié)果可知，設(shè)計(jì)出的數(shù)字低通，高通，帶通的幅頻響應(yīng)均符合各自的特性，從模擬濾波器特性曲線可以看出，所設(shè)計(jì)的高通濾波器在大于400Hz為通帶，其衰減均小于1dB;小于300Hz為阻帶，其衰減大于30dB，而設(shè)計(jì)的低通濾波器情況正好相反，符合本 次設(shè)計(jì)的要求。當(dāng)濾波器輸入100Hz和550Hz兩種信號(hào)后，低通濾波器可以濾除頻率為 550Hz的 高頻信號(hào)，而低頻信號(hào)100Hz的信號(hào)可以通過(guò)濾波器，驗(yàn)證了該低通濾波器的功能。 而高通濾波器可以濾除頻率為100Hz的信號(hào)，而高頻信號(hào)550Hz的信號(hào)可以通過(guò)濾波 器。程序調(diào)試中出現(xiàn)的問(wèn)題帶通濾波器的仿真結(jié)果雖然符

26、合其帶通特性，但要求得到的性能指標(biāo)存在較大誤差， 由于時(shí)間緊迫，將在課后進(jìn)一步尋找原因及解決方案。一個(gè)線性是不變系統(tǒng)的典型表達(dá)式有狀態(tài)空間型、傳遞函數(shù)型、零極增益型、極點(diǎn)留 數(shù)型共四種，在開(kāi)始的設(shè)計(jì)過(guò)程中我發(fā)現(xiàn)在把零極點(diǎn)增益型向傳遞函數(shù)型的轉(zhuǎn)換過(guò)程中多 用了一步，即先把零極點(diǎn)增益型轉(zhuǎn)換為狀態(tài)空間型， 進(jìn)行相應(yīng)的頻率變換和雙線性變換后, 再由狀態(tài)空間型轉(zhuǎn)換為傳遞函數(shù)型，進(jìn)而繪制出其頻率響應(yīng)圖，但是經(jīng)仿真分析后發(fā)現(xiàn)， 性能并不理想，所以并沒(méi)有采用。5 心得體會(huì)本次課程設(shè)計(jì)是基于數(shù)字濾波器的 MATLAB 軟件應(yīng)用，在本學(xué)期中， 我在數(shù)字信 號(hào)處理課程中學(xué)習(xí)了關(guān)于本次課程設(shè)計(jì)的一些內(nèi)容， 對(duì)于 MA

27、TLAB 軟件在數(shù)字濾波器 的設(shè)計(jì)中的一些函數(shù)也有所認(rèn)識(shí)，通過(guò)著一周的時(shí)間更是讓自己在這個(gè)方面的學(xué)習(xí)更 進(jìn)一步，使自己在這方面的學(xué)習(xí)深度有所加深。本次用雙線性變換法對(duì)巴特沃斯低通，高通及帶通濾波器的設(shè)計(jì)，要求我能夠用 所學(xué)理論知識(shí)對(duì)巴特沃斯高通濾波器進(jìn)行設(shè)計(jì)，并能夠?qū)υO(shè)計(jì)的濾波器的頻率特性進(jìn) 行分析。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，首先，我通過(guò)查找資料等途徑，對(duì)關(guān)于所要設(shè)計(jì)的題目進(jìn)行 更加全面深入的學(xué)習(xí)，認(rèn)真分析其中的原理，弄明白設(shè)計(jì)的思路；其次，根據(jù)自己選 擇的性能指標(biāo)要求，結(jié)合自己通過(guò)學(xué)習(xí)掌握的知識(shí)和資料進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，根據(jù)自己提 出的方案利用軟件實(shí)現(xiàn)；最后，運(yùn)行程序，分析所得結(jié)果是否符合自己的設(shè)計(jì)要求， 對(duì)

28、結(jié)果進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)由理論到實(shí)踐，再由實(shí)踐結(jié)果驗(yàn)證理論的過(guò)程?？偟膩?lái)說(shuō)，這次課程設(shè)計(jì)讓我對(duì) MATLAB有了更深刻的了解，對(duì)數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)流 程有了大致的了解，掌握了一些設(shè)計(jì)濾波器的基本方法，提高了理論用于實(shí)踐的能力，掌 握了更多專(zhuān)業(yè)相關(guān)的使用知識(shí)與技能。同時(shí)，也暴露了我很多的不足，在以后的學(xué)習(xí)中， 將進(jìn)一步發(fā)揚(yáng)有點(diǎn)，克服缺點(diǎn)。參考文獻(xiàn)1 袁潤(rùn)章，自蔓延高溫合成技術(shù)研究進(jìn)展 . 武漢: 武漢工業(yè)大學(xué)出版社 ,19942 Schacht E.Industrial polysaccharides. Amsterdam:Elsevier Science,19873 郭景坤.陶瓷材料的強(qiáng)化與增韌新途徑

29、的探索 .無(wú)機(jī)材料學(xué)報(bào) ,1998,13910;23-264 Spriggs G E.A history of fine grained hardmetal. Int J of Refractory Metal and Hard Material,1995,13:241-2555 王為民.二硼化鈦陶瓷的自蔓延高溫合成與加工 : 博士論文. 武漢工業(yè)大學(xué) ,19886 吳中慶 , 張基田 .SiC 顆粒與液體鋁的界石層 . 廣州 :92 秋季中國(guó)材料科學(xué)研討 會(huì),C-MRS,1992.603-609.附錄本次課設(shè)總程序如下：Fs=2000; Ts=1/Fs; wp=400*2*pi;ws=300

30、*2*pi;Rp=1;Rs=30; wpl=Fs*2*tan(ws*Ts/2); wsl=Fs*2*tan(wp*Ts/2);N,Wn=buttord(wpl,wsl,Rp,Rs,'s');z,p,k=buttap(N);b,a=zp2tf(z,p,k);H,w=freqs(b,a);figure;plot(w,abs(H);grid; title(' 模擬低通原型 '); xlabel('w');ylabel(' 幅度');e1,f1=lp2lp(b,a,300*2*pi) ;h1,w1=freqs(e1,f1);figure;

31、plot(w1/(2*pi),abs(h1);grid;title(' 模擬低通濾波器 '); xlabel('頻率 Hz');ylabel('幅度');r1,q1=bilinear(e1,f1,1000); s1,w2=freqz(r1,q1);figure;plot(w2/pi, 20*log10(abs(s1);grid; 響應(yīng)%采樣頻率和采樣周期%低通、高通數(shù)字濾波器截止頻率%通帶波紋和阻帶衰減%按頻率轉(zhuǎn)換公式進(jìn)行轉(zhuǎn)換%計(jì)算模擬濾波器的最小階數(shù)%設(shè)計(jì)模擬原型低通濾波器%變零極點(diǎn)增益形式為系統(tǒng)傳遞函數(shù)形式%求模擬低通濾波器的頻率響應(yīng)%繪制低

32、通頻率特性%原型低通轉(zhuǎn)換為低通模擬濾波器%求模擬低通濾波器的頻率響應(yīng)%繪制高通頻率特性%模擬低通濾波器轉(zhuǎn)換為數(shù)字濾波器%求數(shù)字低通濾波器的頻率響應(yīng)%繪制數(shù)字低通濾波器的頻率title(' 數(shù)字低通濾波器 '); xlabel('w/pi');ylabel(' 幅度 (dB)');e2,f2=lp2hp(b,a,300*2*pi) ;%原型低通模擬濾波器轉(zhuǎn)換為高通模擬濾波器h2,w3=freqs(e2,f2);figure;%求模擬高通濾波器的頻率響應(yīng)plot(w3/(2*pi),abs(h2);grid;%繪制高通頻率特性title('

33、模擬高通濾波器 ');xlabel('頻率 Hz');ylabel('幅度');r2,q2=bilinear(e2,f2,1000);%模擬高通濾波器轉(zhuǎn)換為數(shù)字濾波器s2,w4=freqz(r2,q2);figure;%求數(shù)字高通濾波器的頻率響應(yīng)plot(w4/pi, 20*log10(abs(s2);grid;title('數(shù)字高通濾波器'); xlabel('w/pi');ylabel('幅度(dB)');%繪制數(shù)字高通濾波器的頻率響應(yīng)W0=200*2*pi;Bw=200;e3,f3=lp2bp(b,a

34、,W0,Bw) ;%原型低通轉(zhuǎn)換為帶通模擬濾波器h3,w5=freqs(e3,f3);figure;%求模擬帶通濾波器的頻率響應(yīng)plot(w5/(2*pi),abs(h3);grid;title('模擬帶通濾波器');%繪制帶通頻率特性xlabel('頻率 Hz');ylabel('幅度');r3,q3=bilinear(e3,f3,1000);%模擬濾波器轉(zhuǎn)換為數(shù)字濾波器s3,w6=freqz(r3,q3);figure;%求數(shù)字帶通濾波器的頻率響應(yīng)plot(w6/pi, 20*log10(abs(s3);grid;%繪制數(shù)字帶通濾波器的頻率響

35、應(yīng)n=0:180;dt=1/Fs;t=n*dt;f1=100;f2=550;x=sin（2*pi*f1*t）+cos（2*pi*f2*t）+sin（2*pi*1*t）; figure;plot（t,x）;grid;title（'輸入信號(hào)'）;xlabel（'時(shí)間 t'）;ylabel（'幅度'）;y=filter（r1,q1,x）;figure;plot（t,y）;grid;title（'低通濾波輸出信號(hào)'）;xlabel（'時(shí)間 t'）;ylabel（'幅度'）y=filter（r2,q2,x）;figure;plot（t,y）;grid;title（'高通通濾波輸出信號(hào)'）;xlabel（'時(shí)間 t'）;yla