调幅发射机的课程设计

目录第一章数字滤波器设计的具体要求和目的...............................................1第一节摘要............................................................................................1第二节关键字........................................................................................1第三节设计目的....................................................................................1第四节设计要求....................................................................................1第二章对数字信号处理的认识和了解.......................................................2第三章数字滤波器的设计原理...................................................................2第一节IIR数字滤波器的设计..............................................................2一IIR数字滤波器简介.................................................................2二双线性变换法设计IIR滤波器................................................5三方案的设计论证及选择...........................................................6第二节FIR滤波器的设计..............................................................................8一FIR滤波器简介........................................................................8二窗函数法设计FIR滤波器.......................................................9第四章程序设计及调试..............................................................................11第一节设计要求...................................................................................11第二节双线性变换法设计巴特沃斯数字高通滤波器.......................11一模拟低通滤波..........................................................................11二模拟到数字的转换.................................................................12三仿真结果与分析.....................................................................14第三节凯泽窗法设计高通滤波器......................................................16一程序设计.................................................................................16二结果分析.................................................................................16第五章心得体会............................................................错误!未定义书签。第六章参考文献.........................................................................................18第七章附录.................................................................................................181第一章数字滤波器设计的具体要求和目的第一节摘要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。介绍了用双线性不变法设计IIR数字滤波器的基本流程，以双线性不变法设计了一个高通巴特沃斯IIR数字滤波器。根据FIR滤波器的原理，提出了FIR滤波器的窗函数设计法，并对常用的几种窗函数进行了比较。给出了在MATLAB环境下，用窗函数法设计FIR滤波器的过程和设计实例。然后在MATLAB环境下进行了仿真与调试，实现了设计目标。第二节关键字双线性变换法、巴特沃斯、凯泽窗、数字高通滤波器、MATLAB第三节设计目的通过本课程设计，巩固数字信号处理的有关知识，熟悉各种数字滤波器的设计原理，设计方法。学会分析有限字长效应带来的误差，合理设计数字滤波器的结构。学会利用MATLAB来进行滤波器的设计。第四节设计要求给定技术指标：通带截止频率KHzfc3,②通带最大衰减dBdp3阻带截止频率KHzfst2,④阻带最小衰减dBds14，抽样频率KHzFs10用双线性变换法设计一个巴特沃斯数字高通滤波器。技术指标同上，用凯泽窗法设计一个FIR数字高通滤波器。设计时间为一周。2第二章对数字信号处理的认识和了解随着信息时代的到来，数字信号处理已经成为当今一门极其重要的学科和技术，并且在通信、语音、图像、自动控制等众多领域得到了广泛的应用。在数字信号处理中，数字滤波器占有极其重要的地位，它具有精度高、可靠性好、灵活性大等特点。现代数字滤波器可以用软件或硬件两种方式来实现。软件方式实现的优点是可以通过滤波器参数的改变去调整滤波器的性能。MATLAB是一种面向科学和工程计算的语言，它集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体，具有编程效率高、调试手段丰富、扩充能力强等特点。MATLAB的信号处理工具箱具有强大的函数功能，它不仅可以用来设计数字滤波器，还可以使设计达到最忧化，是数字滤波器设计的强有力工具。第三章数字滤波器的设计原理第一节IIR数字滤波器的设计一IIR数字滤波器简介一个数字滤波器可以用系统函数表示为：01()()()1MkkkNkkkbzYzHzXzaz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方程为：300()()()NMkkkkynaynkbxnk可见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，其差分方程如上式所示，是递归式的，即结构上存在着输出信号到输入信号的反馈，其系统函数具有上式的形式，因此在z平面的有限区间(0︱z︱∞)有极点存在。前面已经说明，对于一个给定的线形时不变系统的系统函数，有着各种不同的等效差分方程或网络结构。由于乘法是一种耗时运算，而每个延迟单元都要有一个存储寄存器，因此采用最少常熟乘法器和最少延迟支路的网络结构是通常的选择，以便提高运算速度和减少存储器。然而，当需要考虑有限寄存器长度的影响时，往往也采用并非最少乘法器和延迟单元的结构。IIR滤波器实现的基本结构有：(一)IIR滤波器的直接型结构；优点：延迟线减少一半，变为N个，可节省寄存器或存储单元；缺点：其它缺点同直接I型。通常在实际中很少采用上述两种结构实现高阶系统，而是把高阶变4成一系列不同组合的低阶系统(一、二阶)来实现。图一直接型(二)IIR滤波器的级联型结构：特点：系统实现简单，只需一个二阶节系统通过改变输入系数即可完成；极点位置可单独调整；运算速度快(可并行进行)；各二阶网络的误差互不影响，总的误差小，对字长要求低。缺点：不能直接调整零点，因多个二阶节的零点并不是整个系统函数的零点，当需要准确的传输零点时，级联型最合适。图二串联型(三)IIR滤波器的并联型结构。优点：简化实现，用一个二阶节，通过变换系数就可实现整个系统；极、5零点可单独控制、调整，调整α1i、α2i只单独调整了第i对零点，调整β1i、β2i则单独调整了第i对极点；各二阶节零、极点的搭配可互换位置，优化组合以减小运算误差；可流水线操作。缺点：二阶阶电平难控制，电平大易导致溢出，电平小则使信噪比减小。图三并联型二双线性变换法设计IIR滤波器原理将S平面j轴压缩变换到s1平面j轴上的-/T到/T一段，可以采用以下变换关系：2tan1T这样变换到T1，0变换到01，可将上式写成22221111TjTjTjTjeeeej令sj，11sj，解析延拓到整个s平面和s1平面，可得22221111TsTsTsTseeees6再将1s平面通过以下变换关系映射到z平面，即Tsez1从而得到s平面和z平面的单值映射关系为1111zzsssz11一般来说，为了使模拟滤波器的某一频率与数字滤波器的任一频率有对应关系，可引入待定常数c，2tan1TcTsTseecs1111将Tsez1代入到上式，可得1111zzcsscscz在MATLAB中，双线性Z变换可以通过bilinear函数实现，其调用格式为：[Bz，Az]＝bilinear(B，A，Fs)；其中B，A为模拟滤波器传递函数G(s)的分子分母多项式的系数向量，而Bz，Az为数字滤波器的传递函数H(z)的分子分母多项式的系数向量。三方案的设计论证与选择本次滤波器设计的主要方法是先设计低通模拟滤波器，然后转换为7高通数字滤波器。对于其他如高通，则通过频率变换转换为设计相应的高通等。在设计的全过程的各个步骤，matlab都提供相应的工具箱函数，使得IIR数字滤波器设计变得非常简单。总的来说，我的设计思路主要有以下两种：方案一：从归一化模拟低通原型出发，先在模拟域内经频率变换成为所需类型的模拟滤波器；然后进行双线性变换，由S域变换到Z域，而得到所需类型的数字滤波器。模拟域双线性变换法频率变换图四先频率变换再离散方案二：先进行双线性变换，将模拟低通原型滤波器变换成数字低通滤波器；然后在Z域内经数字频率变换为所需类型的数字滤波器。双线性数字域变换法频率变换图五先离散再频率变换以上两种方案都可以，我最后选择了第一种方案进行设计，即先在模拟域内经频率变换成为所需类型的模拟滤波器；然后进行双线性变换，由S域变换到Z域，而得到所需类型的数字滤波器。因为高通滤波器的设计方法是先将要设计的滤波器的技术特性指标通过频率转换成模拟低通滤波器的技术指标，再根据这些性能指标设计出低通滤波器的传递函数，为了设计程序的简洁，故选择了方案一。归一化模拟低通原型模拟高通数字高通归一化模拟低通原型数字原型低通数字高通8第二节FIR滤波器的设计一FIR滤波器的简介FIR滤波器的单位抽样响应为有限长度，一般采用非递归形式实现。通常的FIR数字滤波器有横截