基于matlab的iir數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)

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1、課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書題目：基于MATLAB的IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)姓名：院（系）：專業(yè)班級(jí)：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：成績(jī)：時(shí)間：年月日至年月日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書題目基于MATLAB的IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)專業(yè)、班級(jí)學(xué)號(hào)姓名主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等：主要內(nèi)容：利用四種模擬原型濾波器（巴特沃斯、切比雪夫I型、切比雪夫II型、橢圓型）和兩種模/數(shù)轉(zhuǎn)換方法（脈沖響應(yīng)不變法、雙線性變換法）分別進(jìn)行IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)?；疽螅焊鶕?jù)給定的各類濾波器的技術(shù)指標(biāo)，分別設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)數(shù)字高通濾波器、數(shù)字帶通濾波器和數(shù)字帶阻濾波器，并據(jù)此進(jìn)行

2、分析總結(jié)：1、在相同的技術(shù)指標(biāo)要求下，用不同的模擬原型濾波器實(shí)現(xiàn)有何異同。2、在相同的技術(shù)指標(biāo)要求下，用不同的模/數(shù)轉(zhuǎn)換方法實(shí)現(xiàn)有何異同。主要參考資料：1、《數(shù)字信號(hào)處理教程（第三版）》，程佩青著，清華大學(xué)出版社，2007。2、《數(shù)字信號(hào)處理教程——MATLAB釋義與實(shí)現(xiàn)（第2版）》，陳懷琛著，電子工業(yè)出版社，2008。完成期限：指導(dǎo)教師簽名：課程負(fù)責(zé)人簽名：年月日基于MATLAB的IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)摘要利用MATLAB設(shè)計(jì)濾波器,可以按照設(shè)計(jì)要求非常方便地調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù),極大地減輕了設(shè)計(jì)的工作量,有利于濾波器

3、設(shè)計(jì)的最優(yōu)化。Matlab因其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能被廣泛應(yīng)用于工程計(jì)算,其豐富的工具箱為工程計(jì)算提供了便利,利用Matlab信號(hào)處理工具箱可以快速有效地設(shè)計(jì)各種數(shù)字濾波器,設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單方便。本文介紹了在MATLABR2009a環(huán)境下濾波器設(shè)計(jì)的方法和步驟。關(guān)鍵詞MATLABIIR數(shù)字濾波器模擬濾波器目錄摘要I1數(shù)字濾波器11.1數(shù)字濾波器的概念11.2數(shù)字濾波器的分類11.3數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)要求32IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)42.1IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)步驟42.2用脈沖響應(yīng)不變法設(shè)計(jì)IIR數(shù)字濾波器52.3雙線性變換法設(shè)

4、計(jì)IIR數(shù)字濾波器73IIR濾波器的MATLAB設(shè)計(jì)103.1巴特沃斯數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)113.1.1數(shù)字高通濾波器的設(shè)計(jì)123.1.2數(shù)字帶通濾波器的設(shè)計(jì)143.1.3數(shù)字帶阻濾波器的設(shè)計(jì)173.2切比雪夫數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)193.2.1數(shù)字高通濾波器的設(shè)計(jì)203.2.2數(shù)字帶通濾波器的設(shè)計(jì)243.2.3數(shù)字帶阻濾波器的設(shè)計(jì)293.3橢圓形濾波器的設(shè)計(jì)333.3.1數(shù)字高通濾波器的設(shè)計(jì)343.3.2數(shù)字帶通濾波器的設(shè)計(jì)363.3.3數(shù)字帶阻濾波器的設(shè)計(jì)38總結(jié)41參考文獻(xiàn)421數(shù)字濾波器1.1數(shù)字濾波器的概念濾波器

5、是指用來(lái)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行濾波的硬件和軟件。數(shù)字濾波器是對(duì)數(shù)字信號(hào)實(shí)現(xiàn)濾波的線性時(shí)不變系統(tǒng)。數(shù)字濾波器可以理解為是一個(gè)計(jì)算程序或算法，將代表輸入信號(hào)的數(shù)字時(shí)間序列轉(zhuǎn)化為代表輸出信號(hào)的數(shù)字時(shí)間序列，并在轉(zhuǎn)化過程中，使信號(hào)按預(yù)定的形式變化。數(shù)字濾波實(shí)質(zhì)上是一種運(yùn)算過程，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的運(yùn)算處理。數(shù)字濾波器和模擬濾波器相比，因?yàn)樾盘?hào)的形式和實(shí)現(xiàn)濾波的方法不同，數(shù)字濾波器具有比模擬濾波器精度高、穩(wěn)定、體積小、重量輕、靈活、不要求阻抗匹配等優(yōu)點(diǎn)。輸入數(shù)字信號(hào)（數(shù)字序列）通過特定的運(yùn)算轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵龅臄?shù)字序列，因此，數(shù)字濾波器本質(zhì)上是一

6、個(gè)完成特定運(yùn)算的數(shù)字計(jì)算過程，也可以理解為是一臺(tái)計(jì)算機(jī)。描述離散系統(tǒng)輸出與輸入關(guān)系的卷積和差分方程只是給數(shù)字信號(hào)濾波器提供運(yùn)算規(guī)則，使其按照這個(gè)規(guī)則完成對(duì)輸入數(shù)據(jù)的處理。時(shí)域離散系統(tǒng)的頻域特性:（式1-1）其中、分別是數(shù)字濾波器的輸出序列和輸入序列的頻域特性（或稱為頻譜特性）,是數(shù)字濾波器的單位取樣響應(yīng)的頻譜，又稱為數(shù)字濾波器的頻域響應(yīng)。輸入序列的頻譜經(jīng)過濾波后,因此，只要按照輸入信號(hào)頻譜的特點(diǎn)和處理信號(hào)的目的，適當(dāng)選擇，使得濾波后的滿足設(shè)計(jì)的要求，這就是數(shù)字濾波器的濾波原理。1.2數(shù)字濾波器的分類按照不同的分類

7、方法，數(shù)字濾波器有許多種類，但總起來(lái)可以分成兩大類：經(jīng)典濾波器和現(xiàn)代濾波器。經(jīng)典濾波器的特點(diǎn)是其輸入信號(hào)中有用的頻率成分和希望濾除的頻率成分占有不同的頻帶，通過一個(gè)合適的選頻濾波器濾除干擾，得到純凈信號(hào)，達(dá)到濾波的目的。但是，如果信號(hào)和干擾的頻譜相互重疊，則經(jīng)典濾波器不能有效地濾除干擾，最大限度地恢復(fù)信號(hào)，這時(shí)就需要現(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?，F(xiàn)代濾波器是根據(jù)隨機(jī)信號(hào)的一些統(tǒng)計(jì)特性，在某種最佳準(zhǔn)則下，最大限度地抑制干擾，同時(shí)最大限度地回復(fù)信號(hào)，從而達(dá)到最佳濾波的目的。經(jīng)典數(shù)

8、字濾波器從濾波特性上分類，可以分為：低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器、帶阻濾波器。圖1-1各種理想濾波器的幅頻特性數(shù)字濾波器根據(jù)其沖激響應(yīng)函數(shù)的時(shí)域特性，可分為兩種，即無(wú)限長(zhǎng)沖激響應(yīng)(IIR)數(shù)字濾波器和有限長(zhǎng)沖激響應(yīng)(FIR)數(shù)字濾波器。IIR數(shù)字濾波器的特征是，具有無(wú)限持續(xù)時(shí)間沖激響應(yīng)，需要用遞歸模型來(lái)實(shí)現(xiàn)，其差分方程為：（式1-2）系統(tǒng)函數(shù)為：（式1-3）設(shè)計(jì)II