MATLAB滤波器开题

硕士学位论文开题报告论文题目经典滤波器的MATLAB实现班级姓名学号骨干3班朝乐蒙1530030301_目标学校中南大学____指导教师____学科（专业）生物医学工程_______研究方向生物医学工程_2015年12月17日开题报告须知一、选题原则1、应着重选择对国民经济具有一定实用价值或理论意义的课题；2、课题要具有先进性，便于研究生提出新问题；3、课题份量和难易程度要恰当；要有一年以上的工作量；对实验条件要有恰当的估计；4、要尽可能结合导师的科研任务进行选题；5、研究生应根据研究方向及自己的基础和特点，在查阅文献和分析资料的基础上，与导师研究后提出学位论文题目.(如果导师忙或无导师可自拟题目)二、基本要求1、开题报告打印用纸，A4；字体，宋体；字号，小四；左侧装订。2、研究生应逐项认真填写，各栏空格不够时请自行加页。3、文献综述报告是开题报告的必要附件与报告一起附后装订，具体要求见“文献综述要求与打印格式说明”。一简表研究生简况姓名朝乐蒙性别男出生年月1994年9月学号1530030301入学时间2015年9月身份证号150923199409246610学科、专业生物医学工程本科毕业时间2015年6月本科毕业学校武昌理工学院指导小组姓名职称工作单位签字导师教授有导师写上、无导师的同学可自选省略小组成员教授省略省略教授省略省略教授省略省略教授省略省略教授省略省略研究课题名称中文经典滤波器的MATLAB实现英文Matlabtomaketheclassicfilter类别国家项目（）：部（省）项目（）；企业项目（）；自拟项目（√）；是否兵器类项目（）；是否涉密（是/否，密级：）性质理论研究（√）；应用基础研究（）；应用技术研究（）；其他（）选题来源指导教师所承担的科研课题或其中的子课题（）委托或定向单位所承担的科研课题或其中的子课题（）自选课题（√）摘要在当今通讯系统中，由于信号的复杂性经常混有各种复杂的信号成分，所以很多信号需要基于滤波器而进行，而数字滤波器是通过数值的运算实现滤波，具备高精度、灵活、稳定性强、不要求阻抗匹配等问题，可以实现模拟滤波器无法实现的功能。滤波器根据冲激响应函数的时域特性，分为两种，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。Matlab软件以矩阵运算为基础，把运算、设计程序和可视化同交互工作环境相融合，同时为数字滤波的研究和运用提供了一个直观的、高效的工具。特别是Matlab中的信号处理工具箱使各个不同方向的研究人员以一种科学的并且直观的研究方法去应用。本文首先介绍了经典滤波器的概念，分类以及设计要求。然后利用Matlab函数语言编程，用信号窗函数设计和频率采样法设计，并用窗函数进行对滤波器的简单设计。关键词1.关键词限3~5个；2.关键词之间用“；”分隔。中文滤波器；窗函数；频率采样英文MATLAB；Filter；WindowFunction;FrequencySampling二选题依据简述选题领域国内外研究概况和发展趋势。滤波器，是一种用来消除干扰杂讯的器件，将输入或输出经过过滤而得到的纯净的直流电，其功能是得到一个特定频率或消除一个特定频率。数字滤波在通信、图像编码、语音编码、雷达等许多领域中有责十分广泛的应用。目前，数字信号滤波器的设计在图像处理、数据压缩等方面的应用取得了令人瞩目的进展和成就，近年来迅速发展起来。凡是有能力进行信号处理的装置都可以称为滤波器。在近代电信设备和各类控制系统中，滤波器应用极为广泛；在所有的电子部件中，使用最多，技术最为复杂的要算滤波器了。滤波器的优劣直接决定产品的优劣，所以，对滤波器的研究和生产历来为各国所重视。导致RC有源滤波器、数字滤波器、开关电容滤波器和电荷转移器等各种滤波器的飞速发展，到70年代后期，上述几种滤波器的单片集成已被研制出来并得到应用。80年代，致力于各类新型滤波器的研究，努力提高性能并逐渐扩大应用范围。90年代至现在主要致力于把各类滤波器应用于各类产品的开发和研制。当然，对滤波器本身的研究仍在不断进行。我国广泛使用滤波器是50年代后期的事，当时主要用于话路滤波和报路滤波。经过半个世纪的发展，我国滤波器在研制、生产和应用等方面已纳入国际发展步伐，但由于缺少专门研制机构，集成工艺和材料工业跟不上来，使得我国许多新型滤波器的研制应用与国际发展有一段距离。当今，数字信号处理技术正以飞快的速度向前发展，以不同的形式去影响到各个学科，同时数字滤波与国民经济不容分割，甚至与国防建设紧密相连，涉及到我们的生活和生产方式。滤波器，是一种用来消除干扰和滤除杂波的器件，将输入信号进行过滤而得到输出的纯净的直流电，其功能是使其得到一个我们所需要的特定频率或消除一个特定频率的信号。[1]数字滤波在通信、图像编码、语音编码、雷达、信号检测等许多领域中有着十分广泛的应用。目前，对于数字信号滤波器的设计在信号检测、数据压缩等方面的应用取得了前所未有的进展和成就，近年来迅速发展起来。从类型上来看FIR滤波器又分为两大类即直线型结构以及转置型结构。直线型结构位移寄存其存储的输入数据占有位宽较小并且在FIR滤波器处于线性相位时，可充分发挥其系数对称的特征，从而达到让乘法器减半的目的并让加法器的数量维持原状。但是当FIR滤波器的阶数不断的提升时则需要相应的添加一定数量的加法器，这就大大的增加了设计复杂度并使得延时增加，这对FIR滤波器的级联扩展将会带来极大的阻碍。而转置型结构则较好的弥补了上述直线型滤波器的劣势。当然转置型结构也受到了一定的限制，由于需要存储各级乘加其的尾款输出并且无法对FIR滤波器系数线性相位对称的特性进行充分利用从而给设计工作带来一定的复杂性和功能性。对于经典滤波器可以假定噪声与信号不重叠，然后让信号通过一个线性系统去除噪声部分。经滤波器的实现通常可分为模拟经典滤波器和数字经典滤波器两种方式。数字滤波器可以理解为是一个计算程序或算法，输出信号的数字时间序列通过输入信号的数字实践序列转化，按设定方式将信号进行转化和将信号进行转化处理。模拟滤波器是按照所需要的滤波形式进行硬件设计，将需要的信号输入通过硬件滤波输出信号。数字滤波器相对于模拟滤波器具有稳定、体积小、重量轻、方便使用、可随时实现等优点。Matlab具有以下特点和优势：1、数字和符号计算较为高效，可以使用户不必要去算更为复杂的计算。2、有比较完善的图形处理能力，对计算结果可实现可视化。3、接近数学表达式的程序语言。4、丰富的工具箱使用，使用户更为方便的搭建模拟环境。1917年美国和德国科学家分别发明了LC滤波器，次年导致了美国第一个多路复用系统的出现。20世纪50年代无源滤波器日趋成熟。自60年代起由于计算机技术、集成工艺和材料工业的发展，滤波器发展上了一个新台阶，并且朝着低功耗、高精度、小体积、多功能、稳定可靠和价廉方向努力，其中小体积、多功能、高精度、稳定可靠成为70年代以后的主攻方向。MATLAB是美国MathWorks公司推出的一套用于工程计算的可视化高性能语言与软件环境。MATLAB位数字滤波的研究和应用提供了一个直观、高效、便携的利器。它以矩阵运算为基础，把计算、可视化、程序设计融合到一个交互式的工作环境中。MATLAB推出的工具箱使各个领域的研究人员可以直观方便的进行科学研究、工程应用，其中信号处理（signalproeessing）、图像处理（imageproeessing）、小波（wavelet）等工具箱为数字滤波研究的蓬勃发展提供了有力的工具。三选题意义简述选题来源及选题的理论意义和实践意义功能：滤波器是具有频率选择作用的电路或运算处理系统，具有滤除噪声和分离各种不同信号的功能。2、类型：按处理信号形式分：模拟滤波器和数字滤波器按功能分：低通、高通、带通、带阻按电路组成分：LC无源、RC无源、由特殊元件构成的无源滤波器、RC有源滤波器按传递函数的微分方程阶数分：一阶、二阶、高阶二、模拟滤波器的传递函数与频率特性（一）模拟滤波器的传递函数模拟滤波电路的特性可由传递函数来描述。传递函数是输出与输入信号电压或电流拉氏变换之比。经分析，任意个互相隔离的线性网络级联后，总的传递函数等于各网络传递函数的乘积。有源滤波器具有以下特点：1、不仅能补偿各次谐波，还可抑制闪变，补偿无功，有一机多能的特点，在性价比上比较合理;2、滤波特性不受系统阻抗的影响，可消除与系统阻抗发生谐振的危害;3、实现动态补偿，可对频率和大小均变化的谐波与无功功率进行补偿，对补偿的对象变化有极快的响应。4、可对谐波和无功功率同时进行补偿，而且所补偿无功功率的大小可做到连续调节。5、在补偿无功功率时可以不要储能元件;在补偿谐波时所需的储能元件的容量也不大。6、即使所补偿对象的电流过大，有源滤波器也能正常的发挥补偿作用，不用担心会发生过载情况。7、受电网的阻抗影响不大，不容易和电网阻抗发生谐振。8、既可对一个谐波和无功源进行单独补偿，也可对多个谐波和无功源进行集中补偿。因为自变量时间‘是连续取值的，所以称之为连续时间信号，又习惯地称之为模拟信号(AnalogSignal)。随着数字式电子计算机(一般简称计算机)技术的产生和飞速发展，为了便于计算机对信号进行处理，产生了在抽样定理指导下将连续时间信号变换成离散时间信号的完整的理论和方法。信息需要传播，靠的就是波形信号的传递。信号在它的产生、转换、传输的每一个环节都可能由于环境和干扰的存在而畸变，甚至是在相当多的情况下，这种畸变还很严重，以致于信号及其所携带的信息被深深地埋在噪声当中了。四研究内容课题研究内容，拟采用的实验方案、技术路线。在回顾国内外经典滤波器的MATLAB实现研究的基础上，以滤波器研究为知识背景，运用matlab实现方法进行研究评价。窗函数设计法是用一定宽度窗函数截取无限脉冲响应序列获得有限长的脉冲响应序列，设计步骤为：1、通过傅里叶逆变换获得理想滤波器的单位脉冲响应)(nhd。)an()]an(sin[de21)n(htnjaxaxd由性能指标确定的窗函数W（n）和窗口长度N。2、求得实际录波器的单位脉冲响应h(n),h(n)即为所设计的FIR滤波器系数向量a(n)。)()()(nWnhnhd3、检验滤波器的性能。第一章是导论第二章是相关理论评述。主要是设计分析第三章是设计方法选择第四章进行实证分析研究。第五章是实验结果分析第六章研究结论与工作展望。研究拟采用matlab分析的工具，根据现实滤波器研究方法进行资料分类与归纳，根据研究期望达到的效果并运用正确的分析方法进行分析，具体分析方法为经典滤波器的MATLAB实现。(3-19)(3-20)五课题创新点说明研究内容、拟采用的研究方法、技术路线或预期成果中有哪些创新之处。滤波器的原理一个线性时不变系统可以用2.1所示的框图表示。x(n)y(n)图2-1线性时不变系统该系统的其时域输入输出关系是：y(n)=x(n)*h(n))mn(h)m(xm(2-1)若y(n)，x(n)的傅里叶变换存在，则输入输出的频域关系是：Y(je)=X(je)H(je)(2-2)在该式中，Y(je)、X(je)分别是系统的输出信号和输入信号的频谱特性；H(je)是该系统的单位脉冲响应h(n)的频谱，即系统的频率响应。当输入信号x(n)通过滤波器系统h(n)后，其输出y(n)中不再含有c的频率成分，仅使c的信号成分通过。一个理想滤波器能够让某些频率成分无任何衰减的通过而完全阻止其他频率成分通过。因此只要利用输入信号频谱的特点和处理信号的目的，设计适当的H(je)，就可以得到不同的滤波结果，使滤波后的X(je)H(je)符合要求，这就是数字滤波器的滤波原理。窗函数设计原理FIR数字滤波器设计方法是最的简单就是窗函数法，通常也可以称之为傅里叶级数法。[7]它通常是可以在时域进行的，所以单位冲激响应dh(n)必须由理想滤波器的频率响应dH(je)推导出，然后设计一个FIR数字滤波器的单位冲激响应h(n)去逼近dh(n)。对于滤波器的理想假设频率