结合双线性变换法设计一个数字切比雪夫带通IIR滤波器。

课程设计任务书学生姓名：蒋立豪专业班级：通信1303指导教师：魏勤工作单位：信息工程学院题目:利用MATLAB仿真软件系统结合双线性变换法设计一个数字切比雪夫带通IIR滤波器。初始条件：1MATLAB编程的基础知识2《信号与系统》滤波器的相关知识3《数字信号处理》的相关知识要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、课程设计工作量：1周。2、技术要求：1）设计一个数字滤波器，要求运用切比雪夫原理和双线性变换法2）具有带通的功能，能够滤除小频率的信号和大频率的信号3）能够让频带内的信号通过4)确定设计方案，按功能模块的设计程序，写出总体程序，并阐述基本原理。5)查阅至少5篇参考文献。按《武汉理工大学课程设计工作规范》要求撰写设计报告书。全文用A4纸打印，图纸应符合绘图规范。时间安排：序号阶段内容所需时间1方案设计1天2软件设计2天3系统调试1天4答辩1天合计5天指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日武汉理工大学《Matlab原理与应用》课程设计说明书I摘要面对庞杂繁多的原始信号,如何提取所需信号、抑制不需要的信号这就需要使用滤波器。滤波器的作用主要是选择所需频带的信号内容而抑制不需要的其他频带的信号内容。数字滤波器因其精度高、可靠性好、灵活性大等优点,在语音信号处理、信号频谱估计、信号去噪、无线通信中的数字变频以及图像处理等工程实际应用中都很广泛。MATLAB是“矩证实验室”（MATrixLABoratoy）的缩写，它是一种以钜阵运算为基础的交互式程序语言，专门针对科学﹑工程计算机绘图的需求。与其他计算机语言相比，其特点是简洁和智能化，适应科技专业人员的思维方式和书写习惯，使得编程和调试效率大大提高本次课程设计将完成一个数字切比雪夫带通IIR滤波器的设计，利用双线性变换和无限冲激响应IIR原理完成设计，并利用MATLAB进行仿真。关键字：滤波器、数字信号处理、噪声、IIR、带通、MATLAB武汉理工大学《Matlab原理与应用》课程设计说明书IIAbstractFacedwithahugevarietyoforiginalsignal,howtoextractthedesiredsignal,suppressthesignaldoesnotneedtousethefilter.Thefunctionofthefilteristoselectthesignalcontentofthedesiredfrequencybandandsuppressthesignalcontentoftheotherfrequencybandwhichisnotneeded.Digitalfilterbecauseoftheadvantageofitshighaccuracy,goodreliabilityandgreatflexibility,inspeechsignalprocessing,signalspectrumestimation,signaltonoise,wirelesscommunicationinthedigitalfrequencyconversionandimageprocessingetc.inactualengineeringapplicationisverywidespread.Matlabistheabbreviationofmomentoflaboratorymedicine(matrixLABoratoy)itisakindoftohugeoperationalmatricesbasedinteractiveprogramminglanguage,specificallyfortheneedsofscienceandengineeringcomputergraphics.Comparedwithothercomputerlanguages,itischaracterizedbyitssimplicityandintelligence,thewayofthinkingandwritinghabits,whichmakestheprogramminganddebuggingefficiencygreatlyimproved.ThecurriculumdesignwillbecompletedadigitalChebyshevbandpassIIRfilterdesign,usingbilineartransformandinfiniteimpulseresponseIIRprincipleofthecompletionofdesign,andissimulatedwithMATLAB.Keywords:filter,digitalsignalprocessing,noise,IIR,band-pass,MATLAB武汉理工大学《Matlab原理与应用》课程设计说明书III目录摘要................................................................................IABSTRACT.............................................................................II1前言................................................................................12数字滤波器...........................................................................22.1数字滤波器介绍................................................................22.2IIR数字滤波器.................................................................32.2.1IIR数字滤波器的特点.........................................................32.2.2IIR数字滤波器与FIR数字滤波器的区别.........................................43切比雪夫滤波器.......................................................................43.1概述.............................................................................43.2切比雪夫滤波器的种类.............................................................54双线性变换法.........................................................................85IIR数字滤波器设计原理与方法........................................................125.1IIR数字滤波器设计原理..........................................................125.2IIR数字滤波器设计的基本方法....................................................146IIR带通滤波器的MATLAB设计........................................................166.1IIR带通滤波器的设计步骤........................................................166.2IIR带通滤波器设计...............................................................166.4仿真结果.......................................................................206.4.1滤波器性能仿真..............................................................206.4.2滤波器性能验证..............................................................217.用FDATOOL设计数字滤波器..........................................................268总结与体会.........................................................................309致谢...............................................................................32参考文献.............................................................................33附录：源程序.......................................................................34武汉理工大学《Matlab原理与应用》课程设计说明书11前言在现代通信系统中，由于信号中经常混有各种复杂成分，所以很多信号的处理和分析都是基于滤波器而进行的。数字滤波器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。但是，传统的数字滤波器的设计使用繁琐的公式计算，改变参数后需要重新计算，从而在设计滤波器尤其是高阶滤波器时工作量很大。利用MATLAB信号处理箱(SignalProcessingToolbox)可以快速有效地实现数字滤波器的设计与仿真。本文设计一个IIR数字带通滤波器。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。其设计方法主要有经典设计法、直接设计法和最大平滑滤波器设计法。在对滤波器实际设计时，整个过程的运算量是很大的。设计完成后对已设计的滤波器的频率响应要进行校核，要得到幅频、相频响应特性，运算量也是很大的。平时所要设计的数字滤波器，阶数和类型并不一定是完全给定的，很多时候要根据设计要求和滤波效果不断地调整，以达到设计的最优化。在这种情况下，滤波器设计就要进行大量复杂的运算，单纯的靠公式计算和编制简单的程序很难在短时间内完成。利用MATLAB强大的计算功能进行计算机辅助设计，可以快速有效地设计数字滤波器，大大地简化了计算量。滤波器的功能是让一定频率范围内的信号通过，而将此频率范围之外的信号加以抑制或使其急剧衰减。当干扰信号与有用信号不在同一频率范围之内，可使用滤波器有效的抑制干扰。用LC网络组成的无源滤波器在低频范围内有体积重量大，价格昂贵和衰减大等缺点，而用集成运放和RC网络组成的有源滤波器则比较适用于低频，此外，它还具有一定的增益，且因输入与输出之间有良好的隔离而便于级联。由于大多数反映生理信息的光电信号具有频率低、幅度小、易受干扰等特点，因而RC有源滤波器普遍应用