基于MATLAB窄带带通滤波的设计毕业论文

本科毕业论文（设计）题目基于MATLAB窄带带通滤波的设计巢湖学院本科毕业论文(设计)诚信承诺书本人郑重声明：所呈交的本科毕业论文(设计)，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。本人签名：日期：年月日巢湖学院本科毕业论文(设计)使用授权说明本人完全了解巢湖学院有关收集、保留和使用毕业论文(设计)的规定，即：本科生在校期间进行毕业论文(设计)工作的知识产权单位属巢湖学院。学校根据需要，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许毕业论文(设计)被查阅和借阅；学校可以将毕业论文(设计)的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编毕业，并且本人电子文档和纸质论文的内容相一致。聞創沟燴鐺險爱氇谴净。保密的毕业论文(设计)在解密后遵守此规定。本人签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日巢湖学院2014届本科毕业论文（设计）I基于MATLAB窄带带通滤波器的设计摘要随着现代网络、通信及无线电技术的快速发展，频率资源变得日益紧张，滤波器作为分离有用信号和干扰信号的重要部件，其性能的优劣直接影响信息系统的质量。论文讨论窄带带通滤波器的设计问题，这对实际应用具有重要的指导意义，文中讨论了FIR滤波器和IIR滤波器设计中的原理方法和它们之间的优缺点。为了深入讨论这些问题，论文利用MATLAB语言进行窄带带通滤波器的设计和并利用Simulink模块进行带通滤波器的仿真。残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。设计中选用FIR滤波器和IIR滤波器进行设计，设计的结果突出了它们之间的特点，对设计的方法和算法有启示意义，不同性能指标应选用不同设计方法以实现实际应用中的经济效益。酽锕极額閉镇桧猪訣锥。关键词：FIR；IIR；MATLAB；Simulink基于MATLAB窄带带通滤波的设计IINarrowBandFlterDesignBasedonMATLABAbstractFrequencyresourcesgetmoreandmorenervouslywiththemoderncommunicationnetworkandradiotechnologyfastdevelopment.Filterisanimportantsectiontotakepartoftheusefulsignalanddisturbedsignal.Andthefilter’sfunctioninfluencesthesignalsystemdirectly.Thethesisdiscussesthedesignquestionofnarrowbandbandpassfilter.It’simportanttoguiderealityutilization.ThepaperdiscussedFIRfilter’sandIIRfilter’stheoryofthedesigningwayandtheadvantageandshortcomingofthem.MakinguseofMATLABandsimulinkmodeltoolboxofMATLABtodesignthenarrowbandbandpassfilter.彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。Inthearticle,FIRfilterandIIRfilteraredesigned.Thecharacteristicsofthemarediscussedintheconclusion.Weshouldusedifferentdesignwaysfordifferentaimsintherealityutilization.謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。Keyword:FIR;IIR;MATLAB;simulink巢湖学院2014届本科毕业论文（设计）1研究背景目前网络信息，移动通信，卫星导航等产业迅速繁荣，对国民经济乃至世界各国经济的发展起着巨大的推动作用，深刻影响着人们的生活方式。然而这些产业无一不是占用着一定的频率资源，因此频率资源变得日益紧张，滤波器作为分离有用信号和干扰信号的重要部件，其性能的优劣直接影响通信系统的质量。滤波器在电子系统的各个方面，在航天，导航等重要领域都有应用。我们知道每一通信线路都占用一段非常短的频率段，在通信过程中，接收端之间的通道的抗噪滤波性能的质量是保证通信畅通的重要部分，因此研究带通滤波器更具有研究意义。厦礴恳蹒骈時盡继價骚。数字信号处理技术是当今飞速发展的一门学科，她更是以不同的形式影响着和渗透到其他学科，它与国民经济息息相关，与国防建设紧密相连，影响和改变着人们的生产，生活方式。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。MATLAB是数字信号处理应用和计算的重要工具，利用MATLAB可对滤波器的性能和特点进行研究设计。茕桢广鳓鯡选块网羈泪。1.滤波器1.1滤波器的概念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纯净的交流电。您可以通过基本的滤波器积木块——二阶通用滤波器传递函数，推导出最通用的滤波器类型：低通、带通、高通、帯阻和椭圆型滤波器。鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。1.2滤波器的发展过程基于MATLAB窄带带通滤波的设计2滤波器就是能进行信号的处理和提取的装置。在近代电信装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，技术最复杂要算滤波器了。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。籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。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。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，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被研制出来并得到应用。80年代致力于各类新型滤波器性能提高的研究并逐渐扩大应用范围。90年代至今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。預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。我国广泛使用滤波器是50年代后的事，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、生产应用等方面已有一定进步，但由于缺少专门研制机构，集成工艺和材料工业跟不上来，使许多新型滤波器的研制应用与国际水平有一段距离。渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。2滤波器原理一个给定的输入输出关系，可以用多种不同的数字网络来实现。在不考虑量化影响时，这些不同的实现方法是等效的；但在考虑量化影响时，这些不同的实现方法性能上就有差异。因此，运算结构是很重要的，同一系统函数H(z)，运算结构的不同，将会影响系统的精度、误差、稳定性、经济性以及运算速度等许多重要性能。IIR(无限冲激响应)滤波器与FIR(有限冲激响应)滤波器在结构上有自己不同的特点，在设计时需综合考虑。数字滤波器又可以理解为是一个计算程序或算法，将代表输入信号的数字时间序列转化为代表输出信号的数字时间序列，并在转化过程中，使信号按预定的形式变化。数字滤波器有多种分类，根据数字滤波器冲激响应的时域特征，可将数字滤波器分为两种，即无限长冲激响应（IIR）滤波器和有限长冲激响应（FIR）滤波器。理想带通滤波器基于MATLAB窄带带通滤波的设计3幅频特性为:铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。图2-1理想带通滤波器幅频特性实际带通滤波器的幅频特性为图2-2实际带通滤波器幅频特性如果δ1和δ2分别为通带和阻带的容限值。在实际设计中，给出的具体指标一般为通带允许的最大衰减αp和阻带最小衰减αs。擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。0|()|20lg20lg|()||()|ppjjwpjwHeaHeHe(2-1)0|()|20lg20lg|()||()|ssjjwsjwHeaHeHe(2-2)在设计中我们需要根据所要设计的各项性能指标，根据已有的知识计算出各种变量。对于设计一种滤波器要根据所要设计的性能指标来进行选择设计方法，IIR和FIR滤波器设计方法各有其优缺点，本论文设计主要是进行两种滤波器的特点的研究及验证，查资料可知两种滤波器的特点如表2-1所示：贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。表2-1两种滤波器特点比较分析FIR滤波器IIR滤波器设计方法一般无解析的设计公式，要借助计算机程序完成利用AF的成果，可简单、有效地完成设计)(ejH)(ejH)(ejH)(ejH0低通0高通0带通0带阻π2π2π2π2πππππππππ2π2π2π2基于MATLAB窄带带通滤波的设计4设计结果可得到幅频特性(可以多带)和线性相位(最大优点)只能得到幅频特性，相频特性未知，如需要线性相位，须用全通网络校准，但增加滤波器阶数和复杂性稳定性极点全部在原点(永远稳定)无稳定性问题有稳定性问题阶数高低结构非递归系统递归系统运算误差一般无反馈，运算误差小有反馈，由于运算中的四舍五入会产生极限环2.1IIR滤波器2.1.1IIR滤波器原理IIR数字滤波器具有无限宽的冲激响应，与模拟滤波器相匹配。所以IIR滤波器的设计可以采取在模拟滤波器设计的基础上进一步变换的方法。设计IIR滤波器有比较成熟的规律和程序化方法，因为与模拟滤波器匹配，设计时又可以采用模拟滤波器设计的思路。IIR滤波器可以用系统函数表示：坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。01()()()1MkkkNkkkbzYzHzXzaz(2-3)由这样的系统函数可以得到表示系统输入与输出关系的常系数线形差分程为00()()()NMkkkkynaynkbxnk(2-4)有差分方程可以看到数字滤波器的功能就是把输入序列x(n)通过一定的运算变换成输出序列y(n)。不同的运算处理方法决定了滤波器实现结构的不同。无限冲激响应滤波器的单位抽样响应h(n)是无限长的，其差分方程是递归式的，即结构上存在着输出信号到输入信号的反馈，其系统函数在z平面的有限区间(0︱z︱∞)有极点存在。蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。2.1.2IIR滤波器特点IIR滤波器设计各种的方法中，都有其公共的特点：第一，IIR数字滤波器基于MATLAB窄带带通滤波的设计5的系统函数可以写成封闭的函数形式。第二，IIR数字滤波器采用递归型结构，即结构上带有反馈环路，IIR滤波器运算结构通常由延时，乘以系数和相加等基本运算组成，可以组合成直接型，级联型，并联型等结构形式，都具有反馈回路，由于运算中的舍入处理，使误差不断积累，有时会产生微弱的寄生震荡。第三，IIR数字滤波器在计算上可以借助成熟的模拟滤波器的成果，如巴特沃斯设计法，切比雪夫设计法，椭圆法，贝塞尔法等，有现成的设计数据或图表可查，其设计工作量比较小，对计算工具的要求不高。在设计一个IIR数字滤波器时，我们根据指标先写出模拟滤波器的公式，然后通过一定的变换，将模拟滤波器的公式转换成滤波器的公式。第四，IIR数字滤波器的相位特性不好控制，对相位要求较高时，需加相位校准网络。買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄。在于FIR滤波器相比，最突出的特点是IIR滤波器的相位不具有线性，若需要线性相位，则要用全通网络进行校正。其脉冲响应序列是无限的，其在物理实现上不可能无限脉冲，因此现实设计的IIR滤波器会产生混叠效应和泄露效应，在设计同样的滤波器设计指标上，IIR滤波器所需要的阶数会比FIR滤波器所需要的阶数低。綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。