FIR數字濾波器的MATLAB設計與實現方法研究

電子機電論文編號:JD685  論文字數:16629,頁數:61，有源程序

目 錄

摘要 Ⅰ
Abstract Ⅱ
第1章  緒論 1
1.1  來源、意義和國內外研究現狀 2
1.2  研究目標、內容、創新點和擬解決的關鍵問題 2
第2章  基本理論 3
2.1  數字濾波器的基本概念 3
    2.1.1 數字濾波器的分類 3
    2.1.2 數字濾波器的技術要求 4
2.2  有限長單位脈沖響應(FIR)數字濾波器 5
    2.2.1 FIR數字濾波器的結構 5
    2.2.2 FIR數字濾波器的性質 9
    2.2.3 FIR數字濾波器的條件和特點 10
    2.2.4 FIR數字濾波器設計方法概述 14
2.3  MATLAB在濾波器中的應用 15
    2.3.1 MATLAB概述 15
    2.3.2 MATLAB主要功能 15
2.4  窗函數 17
    2.4.1 窗函數基本概念 17
    2.4.2 基本窗函數 17
    2.4.3 廣義余弦窗 20
    2.4.4 凱塞窗 23
    2.4.5 切比雪夫窗 25
第3章  FIR數字濾波器的MATLAB設計與實現 26
3.1  巴特沃斯低通濾波器設計 26
3.2  數字濾波器的設計 30
    3.2.1 數字低通濾波器的設計 30
    3.2.2 數字高通濾波器的設計 32
    3.2.3 數字帶通濾波器的設計 35
3.3  窗函數法設計數字低通濾波器 37
    3.3.1 矩形窗 38
    3.3.2 三角窗 38
    3.3.3 漢寧窗 39
    3.3.4 海明窗 40
    3.3.5 布萊克曼窗 40
    3.3.6 凱塞窗 41
3.4  窗函數法設計數字高通濾波器 42
3.5  窗函數法設計數字帶通濾波器 44
第4章  數字濾波器的調試與分析 45
4.1  低通濾波器 45
4.2  高通濾波器 49
4.3  帶通濾波器 51
結束語 54
參考文獻 55
致謝 56

摘 要

本文將討論具有有限長脈沖響應(FIR)數字濾波器的設計方案。給出確定乘法器系數和濾波器階數的方法，以使設計的頻率響應滿足一組給定的約束條件。
滿足同樣的系數要求時，FIR濾波器的階數比IIR濾波器的階數要高，所以FIR濾波器的效率比較低，但FIR的不遞歸實現結構具有線性相位和穩定性的特點，而且，當FIR用一些快速算法，如快速傅立葉變換時，可以減少FIR濾波器的計算復雜度。
先討論常用FIR濾波器的理想頻率響應，以及相應的脈沖響應。討論低通、高通和帶通濾波器。
在濾波器的設計方法中，將介紹FIR濾波器的頻率采樣法和窗函數設計法，主要討論矩形窗、三角窗、漢寧窗、海明窗、布萊克曼窗、凱塞窗。同時給出用MATLAB設計濾波器的一些函數和命令。
最后對所使用的方法進行分析和研究。

關鍵詞：FIR數字濾波器 ；窗函數；頻率響應 

FIR Digital Filter Design and Realization by Using MATLAB
Abstract

In this thesis, I will discuss the approximation schemes for digital filter with finite impulse response (FIR) and I will present the methods for determining the multiplier coefficients and the filter order, in such a way that the resulting frequency response satisfies a set of prescribed specifications.
In some case, FIR filters are considered inefficient in the sense that they require a high-order transfer function to satisfy the system requirements when compared to the order required by digital filters with infinite impulse response. However, FIR digital filters do possess a few implementation advantages such as a possible exact linear-phase characteristic and intrinsically stable implementations, when using no recursive realizations. In addition, the computational complexity of FIR digital filters can be reduced if they are implemented using fast numerical algorithms such as the fast Fourier transform.
I start by discussing the ideal frequency response characteristics commonly used by FIR filters, as well as their corresponding impulse responses. I include in the discussing low pass, high pass and band pass filters.
I go on to discuss the frequency sampling and the window methods for approximating FIR digital filters, focusing on the rectangular, triangular, Henning, Hamming, Blackman and Kaiser windows. At the same time, I conclude the thesis by discussing the use of MATLAB for designing FIR filters.
At last, all methods are analyzed.

Key words: FIR Digital Filter ；Window methods；The frequency responds