matlab滤波器设计-IIR滤波器的设计与仿真

  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使用繁琐的公式计算,改变参数后要重新计算,从而在尤其是高阶滤波器时工作量很大。利用MATLAB信号处理箱(Signal Processing Toolbox)能够迅速有效地实现数字滤波器的

  数字滤波器能够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。

  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滤波器的设计能采用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。FIR数字滤波器的单位脉冲响应是有限长序列。它的设计问题实质上是确定能满足所要求的转移序列或脉冲响应的常数问题,设计方法主要有窗函数法、频率采样法和等波纹最佳逼近法等。

  在对滤波器实际设计时,整一个完整的过程的运算量是很大的。设计阶数较高的IIR滤波器时,计算量更大,设计过程中改变参数或滤波器类型时都要重新计算。

  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,运算量也非常大的。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的基本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极短的时间内完成。利用MATLAB强大的计算功能进行计算机辅助设计,能够迅速有效地设计数字滤波器,大大地简化了计算量。

  FDATool。界面总共分两大部分,一部分是Design Filter。在界面的下半部,用来设置滤波器的设计参数;另一部分则是特性区,在界面的上半部分,用来显示滤波器的各种特性。Design Filter部分大致上可以分为:Filter Type(滤波器类型)选项,包括Lowpass(低通)、Highpass(高通)、Bandpass(带通)、Bandstop(带阻)和特殊的FIR滤波器。

  Frequency Specifications选项,可以详细定义频带的各参数,包括采样频率和频带的截止频率。它的具体选项由Filter Type选项和Design Method选项决定。例如Bandpass(带通)滤波器需要定义Fstop1(下阻带截止频率)、Fpass1(通带下限截止频率)、Fpass2(通带上限截止频率)、Fstop2(上阻带截止频率),而Lowpass(低通)滤波器只需要定义Fstop1、Fpass1。采用窗函数设计滤波器时,由于过渡带是由窗函数的类型和阶数所决定,所以只需定义通带截止频率,而不必定义阻带参数。

  Magnitude Specifications选项,可以定义幅值衰减的情况。例如设计带通滤波器时,可以定义Wstop1(频率Fstop1处的幅值衰减)、Wpass(通带范围内的幅值衰减)、Wstop2(频率Fstop2处的幅值衰减)。当采用窗函数设计时,通带截止频率处的幅值衰减固定为6db,所以不必定义。

  Window Specifications选项,当选取采用窗函数设计,该选项可定义,它包含了各种窗函数。

  本文以一个IIR滤波器的设计为例说明怎么样去使用MATLAB设计数字滤波器。要求设计一个10阶的带通Chebyshev I滤波器,它的通带范围是100到200Hz,采样频率为1000Hz,Rp=0.5。

  点击Design Filter即可得到所设计的IIR滤波器。通过菜单选项Analysis可以在特性区看到所设计的幅频响应、相频响应、冲击响应和零极点配置等特性,如图1所示。设计完成后将结果保存为filterl.fda文件。

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