導(dǎo)論課論文基于matlab的濾波器設(shè)計(jì)

1、電子信息科學(xué)與技術(shù)導(dǎo)論課論文第1頁(yè)共19頁(yè)1.1.緒論緒論當(dāng)今，數(shù)字信號(hào)處理[1](DSP：DigtalSignalProcessing)技術(shù)正飛速發(fā)展，它不但自成一門(mén)學(xué)科，更是以不同形式影響和滲透到其他學(xué)科：它與國(guó)民經(jīng)濟(jì)息息相關(guān)，與國(guó)防建設(shè)緊密相連；它影響或改變著我們的生產(chǎn)、生活方式，因此受到人們普遍的關(guān)注。數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化是當(dāng)代信息技術(shù)發(fā)展的大趨勢(shì)，而數(shù)字化是智能化和網(wǎng)絡(luò)化的基礎(chǔ)，實(shí)際生活中遇到的信號(hào)多種多樣，例如廣播信號(hào)、電

2、視信號(hào)、雷達(dá)信號(hào)、通信信號(hào)、導(dǎo)航信號(hào)、射電天文信號(hào)、生物醫(yī)學(xué)信號(hào)、控制信號(hào)、氣象信號(hào)、地震勘探信號(hào)、機(jī)械振動(dòng)信號(hào)、遙感遙測(cè)信號(hào)，等等。數(shù)字濾波技術(shù)是數(shù)字信號(hào)分析、處理技術(shù)的重要分支[23]。無(wú)論是信號(hào)的獲取、傳輸，還是信號(hào)的處理和交換都離不開(kāi)濾波技術(shù)，它對(duì)信號(hào)安全可靠和有效靈活地傳輸是至關(guān)重要的。在所有的電子系統(tǒng)中，使用最多技術(shù)最復(fù)雜的要算數(shù)字濾波器了。數(shù)字濾波器的優(yōu)劣直接決定產(chǎn)品的優(yōu)劣。MATLAB是美國(guó)Mathwks公司推出的一套用

3、于工程計(jì)算的可視化高性能語(yǔ)言與軟件環(huán)境。MATLAB為數(shù)字濾波器的研究與應(yīng)用提供了一個(gè)直觀、高效、便捷的利器。它以矩陣運(yùn)算為基礎(chǔ)，把計(jì)算、可視化、程序設(shè)計(jì)融合到了一個(gè)交互式的工作環(huán)境中。MATLAB退出的工具箱使各個(gè)領(lǐng)域的研究人員可以直觀方便地進(jìn)行科學(xué)研究、工程應(yīng)用，其中的信號(hào)處理、圖像處理、小波等工具箱為數(shù)字濾波研究的蓬勃發(fā)展提供了有力的工具。幾乎在所有的工程技術(shù)領(lǐng)域中都會(huì)涉及到信號(hào)的處理問(wèn)題，其信號(hào)表現(xiàn)形式有電、磁、機(jī)械以及熱、光、

4、聲等。信號(hào)處理的目的一般是對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析、變換、綜合、估值與識(shí)別等。如何在較強(qiáng)的噪聲背景下提取出真正的信號(hào)或信號(hào)的特征，并將其應(yīng)用于工程實(shí)際是信號(hào)處理的首要任務(wù)。數(shù)字濾波器，在數(shù)字信號(hào)處理中有著廣泛的應(yīng)用，因此，無(wú)論是在理論研究上還是在如通訊、HDTV(高清晰度電視)、雷達(dá)、圖象處理、數(shù)字音頻等實(shí)際應(yīng)用上都有著美好的技術(shù)前景和巨大的實(shí)用價(jià)值。基于matlab實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波設(shè)計(jì)，可通過(guò)修改濾波器的參數(shù)十分方便地改變?yōu)V波器的特性，因此我們有必

5、要對(duì)濾波器的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行研究，理解其工作原理優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)穩(wěn)定性好的濾波器系統(tǒng)。掌握濾波器的設(shè)計(jì)技術(shù)和原理能為在通信領(lǐng)域、信號(hào)處理領(lǐng)域等諸多領(lǐng)域中對(duì)數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)提供技術(shù)和準(zhǔn)備，這不僅具有重要的理論意義同時(shí)還具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。目的與意義電子信息科學(xué)與技術(shù)導(dǎo)論課論文第3頁(yè)共19頁(yè)（4）有和用其他高級(jí)語(yǔ)言（如C，C，F(xiàn)TRAN，JAVA）編寫(xiě)的外部程序相接口的能力，也可把MATLAB程序轉(zhuǎn)換成上述高級(jí)語(yǔ)言的子程序。（5）有從外部

6、文件及外部硬件設(shè)備讀入數(shù)據(jù)的能力。（6）有豐富的網(wǎng)絡(luò)資源，從相關(guān)的Web網(wǎng)站可以直接獲得全套的MATLAB聯(lián)機(jī)幫助文件和說(shuō)明書(shū)的電子文檔，還可以獲得各類(lèi)技術(shù)支持與幫助。（7）有豐富的工具箱〔toolbox〕。各個(gè)領(lǐng)域的專(zhuān)家學(xué)者將眾多學(xué)科領(lǐng)域中常用的算法編寫(xiě)為一個(gè)個(gè)子程序，即m文件，這些m文件包含在一個(gè)個(gè)工具箱中。其工具箱可以分為兩大類(lèi)，即功能性工具箱和科學(xué)性工具箱。功能性工具箱主要用來(lái)擴(kuò)充MATLAB的符號(hào)計(jì)算、圖形可視化、建模仿真、文

7、字處理等功能以及與硬件實(shí)時(shí)交互的功能。學(xué)科性工具箱是按學(xué)科領(lǐng)域來(lái)分類(lèi)的，如信號(hào)處理、控制、通信、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)圖像處理、系統(tǒng)辨識(shí)、魯棒控制、模糊邏輯、小波等工具箱。可以看出MATLAB是一個(gè)功能十分強(qiáng)大的系統(tǒng)，是集數(shù)值計(jì)算、圖形管理、程序開(kāi)發(fā)為一體的環(huán)境。除此之外，MATLAB還具有很強(qiáng)的功能擴(kuò)展能力，與它的主系統(tǒng)一起，可以配備各種各樣的工具箱，以完成一些特定的任務(wù)。用戶(hù)可以根據(jù)自己的工作任務(wù)，開(kāi)發(fā)自己的工具箱。在國(guó)際學(xué)術(shù)界，MATLAB已經(jīng)

8、被確認(rèn)為準(zhǔn)確、可靠的科學(xué)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)軟件。在許多國(guó)際一流學(xué)術(shù)刊物上，（尤其是信息科學(xué)刊物），都可以看到MATLAB的應(yīng)用。在設(shè)計(jì)研究單和工業(yè)部門(mén)，MATLAB被認(rèn)作進(jìn)行高效研究、開(kāi)發(fā)的首選軟件工具。如美國(guó)NationalInstruments公司信號(hào)測(cè)量、分析軟件LabVIEW，Cadence公司信號(hào)和通信分析設(shè)計(jì)軟件SPW等，或者直接建筑在MATLAB之上，或者以MATLAB為主要支撐。2.2濾波器2.2.1波濾器濾波器是一種用來(lái)消除干擾

9、雜訊的器件，將輸入或輸出經(jīng)過(guò)過(guò)濾而得到純凈的交流電。您可以通過(guò)基本的濾波器積木塊二階通用濾波器傳遞函數(shù)，推導(dǎo)出最通用的濾波器類(lèi)型：低通、帶通、高通、帯阻和橢圓型濾波器。傳遞函數(shù)的參數(shù)——f0、d、hHP、hBP和hLP，可用來(lái)構(gòu)造所有類(lèi)型的濾波器。轉(zhuǎn)降頻率f0為s項(xiàng)開(kāi)始占支配作用時(shí)的頻率。設(shè)計(jì)者將低于此值的頻率看作是低頻，而將高于此值的頻率看作是高頻，并將在此值附近的頻率看作是帶內(nèi)頻率。阻尼d用于測(cè)量濾波器如何從低頻率轉(zhuǎn)變至高頻率，它是