基于MATLAB的IIR滤波器设计与仿真--毕业论文

--广西科技大学（筹）毕业设计（论文）说明书课题名称基于MATLAB的IIR滤波器设计与仿真院别电气与信息工程学院专业测控技术与仪器班级学号姓名指导教师年月日广西科技大学（筹）毕业设计（论文）基于MATLAB的IIR滤波器设计与仿真II摘要在现代通信系统中，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，而数字滤波器是通过数值运算实现滤波，具有处理精度高、稳定、灵活、不存在阻抗匹配问题，可以实现模拟滤波器无法实现的特殊滤波功能。数字滤波器根据其冲激响应函数的时域特性，可分为两种，即无限长冲激响应(IIR)数字滤波器和有限长冲激响应(FIR)数字滤波器。实现IIR滤波器的阶次较低，所用的存储单元较少，效率高，精度高，而且能够保留一些模拟滤波器的优良特性，因此应用很广。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。尤其是MATLAB中的信号处理工具箱使各个领域的研究人员可以直观方便地进行科学研究与工程应用。本文首先详细介绍了MATLAB软件、数字滤波器和IIR数字滤波器设计的相关知识，接着重点介绍了用脉冲响应不变法设计IIR数字滤波器，用信号处理图形界面FDATool来设计滤波器以及Sptool界面设计的方法，用SIMULINK仿真IIR滤波器。关键字:IIR;滤波器;FDATool;SIMULINK广西科技大学（筹）毕业设计（论文）基于MATLAB的IIR滤波器设计与仿真IIIABSTRACTInmoderncommunicationsystems,duetothesignalisoftenmixedwithavarietyofcomplexcomposition,soalotofsignalanalysisarebasedonthefilter,whilethedigitalfilterisfilteringThroughnumericalcomputation.ithaveprocessingofhighprecision,stable,flexible,impedancematchingproblemexists,youcanachievespecialfilteringofanalogfilterscannotbeachieved.Digitalfilteraccordingtoitsimpulseresponsefunctiontimedomainfeaturescanbedividedintotwotypes,infiniteimpulseresponse(IIR)digitalfilterandfiniteimpulseresponse(FIR)digitalfilter.TheIIRfilterorderislower,usedlessmemorycell,highefficiency,highprecision,butalsotoretainsomeofthegoodcharacteristicsoftheanalogfilter,itiswidelyused.Matlabsoftwarebasedonmatrixcomputation,thecalculation,visualizationandprogramdesignoforganicintegrationtointeractiveenvironmentfordigitalfilter,andtheresearchandapplicationofprovidesanintuitive,efficientandconvenienttool.EspeciallyintheMatlabsignalprocessingtoallareasofresearchtoolboxpersonnelcaneasilyforscientificresearchandengineeringapplication.ThisarticledetailintroducesknowledgeoftheMATLABsoftware,digitalfiltersandIIRdigitalfilterdesign,ThenhighlightintroducestheimpulseresponsesamemethodofIIRdigitalfilter,useSignalprocessinggraphicalinterfaceFDATooltodesignfiltersandSptoolinterfacedesignmethods,andusetheSIMULINKSimulationforIIRfilters.Keywords:IIR;Filter;FDATool;Simulink广西科技大学（筹）毕业设计（论文）基于MATLAB的IIR滤波器设计与仿真IV目录摘要.......................................................................IIABSTRACT...................................................................III第1章绪论..............................................................11.1数字滤波器的研究背景与意义..........................................11.2数字滤波器的应用现状与发展趋势......................................1第2章MATLAB软件简介.....................................................42.1MATLAB的概况.......................................................42.2MATLAB产生的历史背景...............................................42.3MATLAB的语言特点...................................................52.4MTALAB的功能.......................................................6第3章数字滤波器...........................................................93.1数字滤波器的概念....................................................93.2滤波器的发展过程....................................................93.3滤波器的原理.......................................................103.4数字滤波器的分类...................................................113.5数字滤波器的设计要求...............................................13第4章IIR数字滤波器的设计方法...........................................154.1IIR数字滤波器的基本原理...........................................154.2IIR数字滤波器的基本特点...........................................154.3IIR数字滤波器的设计步骤...........................................174.4用脉冲响应不变法设计IIR数字滤波器.................................19第5章IIR滤波器的MATLAB设计............................................215.1用脉冲响应不变法IIR数字滤波器的设计...............................215.2FDATool介绍和界面设计.............................................295.3FDATOOL设计IIR数字滤波器.........................................305.4SIMULINK仿真IIR滤波器............................................31总结.......................................................................34致谢.......................................................................35参考文献....................................................................36结束语......................................................................37广西科技大学（筹）毕业设计（论文）基于MATLAB的IIR滤波器设计与仿真1第1章绪论1.1数字滤波器的研究背景与意义当今，数字信号处理DSP(DigtalSignalProcessing)技术正飞速发展，它不但自成一门学科，更是以不同形式影响和渗透到其他学科：它与国民经济息息相关，与国防建设紧密相连；它影响或改变着我们的生产、生活方式，因此受到人们普遍的关注。数字化、智能化和网络化是当代信息技术发展的大趋势，而数字化是智能化和网络化的基础，实际生活中遇到的信号多种多样，例如广播信号、电视信号、雷达信号、通信信号、导航信号、射电天文信号、生物医学信号、控制信号、气象信号、地震勘探信号、机械振动信号、遥感遥测信号，等等。上述这些信号大部分是模拟信号，也有小部分是数字信号。模拟信号是自变量的连续函数，自变量可以是一维的，也可以是二维或多维的。大多数情况下一维模拟信号的自变量是时间，经过时间上的离散化(采样)和幅度上的离散化(量化)，这类模拟信号便成为一维数字信号。因此，数字信号实际上是用数字序列表示的信号，语音信号经采样和量化后，得到的数字信号是一个一维离散时间序列；而图像信号经采样和量化后，得到的数字信号是一个二维离散空间序列。数字信号处理，就是用数值计算的方法对数字序列进行各种处理，把信号变换成符合需要的某种形式。例如，对数字信号经行滤波以限制他的频带或滤除噪音和干扰，或将他们与其他信号进行分离；对信号进行频谱分析或功率谱分析以了解信号的频谱组成，进而对信号进行识别；对信号进行某种变换，使之更适合于传输，存储和应用；对信号进行编码以达到数据压缩的目的，等等。数字滤波技术是数字信号分析、处理技术的重要分支。无论是信号的获取、传输，还是信号的处理和交换都离不开滤波技术，它对信号安全可靠和有效灵活地传输是至关重要的。在所有的电子系统中，使用最多技术最复杂的要算数字滤波器了。数字滤波器的优劣直接决定产品的优劣。数字滤波器DF（DigitalFilter），根据其单位冲激响应函数的时域特性可分为两类：无限冲激响应IIR（InfiniteImpulseResponse）滤波器和有限冲激响应FIR（FiniteImpulseResponse）滤波器。与FIR滤波器相比，IIR的实现采用的是递归结构，极点须在单位圆内，在相同设计指标下，实现IIR滤波