基于Matlab的FIR数字滤波器设计的毕业设计论文.doc

分类号编号

XXXX
North China Institute Of Water Conservancy And Hydroelectric Power
毕业设计
题目基于Matlab的FIR数字滤波器设计
学院信息工程学院
专业通信工程
姓名
学号
指导教师
2011年 5月20日
毕业设计任务书
设计题目:基于Matlab的FIR数字滤波器设计
专业: 通信工程
班级学号:
姓名:
指导教师:
设计期限:2011年3月7日开始
2011年5月20日结束

院、系: 信息工程学院
2011年 3月7日
一、毕业设计的目的
1、深入了解利用Matlab设计FIR数字滤波器的基本方法。
2、在毕业设计的过程中掌握程序编译及软件设计的基本方法。
3、提高自己对于新知识的学习能力及进行实际操作的能力。
4、锻炼自己通过网络及各种资料解决实际问题的能力。
二、主要设计内容
利用窗函数法、频率取样法及优化设计方法设计FIR滤波器,绘制出滤波器的特性图。利用所设计的滤波器对多个频带叠加的正弦信号进行处理,对比滤波前后的信号时域和频域图,验证滤波器的效果。最后录制一段语音信号,并对录制的信号进行采样和加噪,绘制出采样后语音信号的时域波形和频谱图,然后用所设计的滤波器对加噪后的信号进行滤波,绘制出滤波后信号的时域波形和频谱,并对滤波前后的信号进行对比,分析信号的变化。
三、重点研究问题
基于Matlab的FIR数字滤波器的基本设计方法,能够根据性能指标要求独立灵活地进行滤波器的设计。
四、主要技术指标或主要设计参数
(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
(5)通带和阻带波纹
五、设计成果要求
1、完成课程设计书文档
2、完成程序的编译和调试
3、对程序主要语句做出注释
2011年3月18日
学生姓名
学号
专业
通信工程
题目名称
基于Matlab的FIR数字滤波器设计
课题来源
自选
主
要
内
容
本设计是利用Matlab仿真实现FIR数字滤波器的功能。
数字滤波技术是数字信号处理的一个重要组成部分,滤波器的设计是信号处理的核心问题之一。数字滤波器是一个离散的系统,它可以对输入的离散信号进行一系列运算处理,从输入的信号中获得所需要的信息。数字滤波器的系统函数通常表示为
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。从公式的角度来看,FIR数字滤波器的始终为零;IIR数字滤波器至少有一个非零。
实现数字滤波器的方法一般有两种:一种是利用计算机的程序编译,从而仿真实现;另一种是利用硬件来实现。实现一个数字滤波器一般需要三个基本的运算单元:加法器、延时器和乘法器。
本设计根据 FIR滤波器的设计原理,提出了Matlab环境下FIR滤波器的窗函数法、频率取样法及优化设计方法, Matlab环境为设计FIR滤波器提供了一个可靠而有效的工作平台。
Matlab软件以矩阵运算为基础,把计算、可视化及程序设计有机融合到交互式工作环境中,并且为数字滤波的研究和应用提供了一个直观、高效、便捷的利器。工程人员可以直观方便地进行科学研究与工程应用。Matlab是美国MathWorks 公司出品的商业数学软件,用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境,主要包括 Matlab和Simlink两大部分。
在数字信号处理中,由于信号中经常混有各种复杂成分,所以很多信号分析都是基于滤波器而进行的, 因此数字滤波器占有极其重要的地位。数字滤波器是具有一定传输选择特性的数字信号处理装置,其输入与输出均为数字信号,实质上是一个由有限精度算法实现的线性时不变离散系统。它的基本工作原理是利用离散系统特性对系统输入信号进行加工和变换,改变输入序列的频谱或信号波形,让有用频率的信号分量通过,抑制无用的信号分量输出。数字滤波器和模拟滤波器有着相同的滤波概念,根据其频率响应特性可分为低通、高通、带通、带阻等类型。与模拟滤波器相比,数字滤波器除了具有数字信号处理固有优点外,还有滤波精度高、稳定性好、灵活性强等优点。FIR滤波器可以得到严格的线性相位,但它的传递函数的极点固定在原点,只能通过改变零点位置来改变性能,为了达到高的选择性,必须用较高的阶数,对于同样的滤波器设计指标,FIR滤波器要求的阶数可能比IIR滤波器高5~10倍。
在设计中,我将利用窗函数法、频率取样法及优化设计方法设计FIR滤波器,绘制出滤波器的特性图。利用所设计的滤波器对多个频带叠加的正弦信号进行处理,对比滤波前后的信号时域和频域图,