fir帶通濾波器課程設(shè)計(jì)_第1頁(yè)
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文檔簡(jiǎn)介

1、<p><b>  摘要</b></p><p>  FIR濾波器是數(shù)字信號(hào)處理中常用部件,它的最大優(yōu)點(diǎn)在于:設(shè)計(jì)任何幅頻特性時(shí),可以具備嚴(yán)格的線性相位,這一點(diǎn)對(duì)數(shù)字信號(hào)的實(shí)時(shí)處理非常關(guān)鍵。其設(shè)計(jì)方法很多,如窗函數(shù)法、頻率采樣法以及其他的各種優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,本次課程設(shè)計(jì)使用窗函數(shù)法設(shè)計(jì)FIR帶通濾波器。</p><p>  本文利用MATLAB通過(guò)實(shí)例設(shè)計(jì)FI

2、R數(shù)字帶通濾波器,給出了MATLAB的完整程序。同時(shí),對(duì)所設(shè)計(jì)的濾波器進(jìn)行了模擬仿真,仿真結(jié)果表明,該帶通濾波器濾波效果,達(dá)到了預(yù)期目的.</p><p>  關(guān)鍵詞:MATLAB,數(shù)字濾波器,F(xiàn)IR濾波器,窗函數(shù)</p><p><b>  1緒論</b></p><p>  1.1數(shù)字濾波器的研究背景與意義</p><p

3、>  當(dāng)今,數(shù)字信號(hào)處理的技術(shù)飛速發(fā)展,它不但自成一門(mén)學(xué)科,更是以不同的形式影響和滲透到其他的學(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,因此受到人們的普遍的關(guān)注。</p><p>  智能化,數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化是當(dāng)今信息技術(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

4、醫(yī)學(xué)信號(hào),控制信號(hào),氣象新號(hào),地震勘測(cè)信號(hào),機(jī)械振動(dòng)信號(hào),遙感遙測(cè)信號(hào),等等。上述的這些信號(hào)大部分是模擬信號(hào),也有小部分是數(shù)字信號(hào)。模擬信號(hào)是自變量的連續(xù)函數(shù),自變量可以是一維的,也可以是二維的。大多數(shù)情況下一維模擬信號(hào)的自變量是時(shí)間,經(jīng)過(guò)時(shí)間上的離散化(采樣)和幅度上的離散化(量化),這類(lèi)模擬信號(hào)便成為一維數(shù)字信號(hào)。因此,數(shù)字信號(hào)實(shí)際上是用數(shù)字序列表示的信號(hào),語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)采樣和量化后,得到的數(shù)字信號(hào)是一個(gè)二維離散時(shí)間序列。數(shù)字信號(hào)處理,

5、就是用數(shù)值計(jì)算的方法對(duì)數(shù)字序列進(jìn)行各種處理,把信號(hào)變換成符合需要的某種形式。例如,對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行離散,對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析或者功率譜分析以了解信號(hào)的頻譜組成,進(jìn)而對(duì)信號(hào)進(jìn)行識(shí)別,對(duì)信號(hào)進(jìn)行某種變換,使之更適合于傳輸,存儲(chǔ)和應(yīng)用,對(duì)信號(hào)進(jìn)行編碼以達(dá)到數(shù)據(jù)壓縮的目的等等。</p><p>  1.2數(shù)字濾波器的使用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)</p><p>  在信號(hào)處理過(guò)程中,所處理的信號(hào)往往混有噪音,從

6、接收到的信號(hào)中消除或減弱噪音是信號(hào)傳輸和處理中十分重要的問(wèn)題。根據(jù)有用信號(hào)和噪音信號(hào)的不同特性,提取有用信號(hào)的過(guò)程稱(chēng)為濾波。實(shí)現(xiàn)濾波功能的系統(tǒng)被稱(chēng)為濾波器。</p><p>  隨著信息時(shí)代數(shù)字時(shí)代的到來(lái),數(shù)字濾波技術(shù)已經(jīng)車(chē)位一門(mén)及其重要的學(xué)科和技術(shù)領(lǐng)域。以往的濾波器大多采用模擬電路技術(shù),但是,模擬電路技術(shù)存在很多難以解決的問(wèn)題,例如, 模擬電路元件對(duì)溫度的敏感性,等等。而采用數(shù)字技術(shù)則避免很多類(lèi)似的難題,當(dāng)然數(shù)

7、字濾波器在其他方面有很多突出的優(yōu)點(diǎn),這些都是模擬技術(shù)所不能及的,所以采用數(shù)字濾波器對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理是目前發(fā)展的方向。</p><p>  1.3 MATLAB軟件簡(jiǎn)介</p><p>  MATLAB是由美國(guó)mathwoks公司發(fā)布的主要面對(duì)科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高科技計(jì)算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個(gè)易于使用

8、的視窗環(huán)境中,為科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計(jì)算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案,并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言(如C、Fortran)的編輯模式,代表了當(dāng)今國(guó)際科學(xué)計(jì)算軟件的先進(jìn)水平。</p><p>  MATLAB 產(chǎn)品族可以用來(lái)進(jìn)行以下各種工作:數(shù)值分析,數(shù)值和符號(hào)計(jì)算,工程與科學(xué)繪圖,控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真,通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真,財(cái)務(wù)與金融工程,</p><

9、p> ?。?)友好的工作平臺(tái)和編程環(huán)境</p><p>  MATLAB由一系列工具組成。這些工具方便用戶使用MATLAB的函數(shù)和文件,其中許多工具采用的是圖形用戶界面。包括MATLAB桌面和命令窗口、歷史命令窗口、編輯器和調(diào)試器、路徑搜索和用于用戶瀏覽幫助、工作空間、文件的瀏覽器。隨著MATLAB的商業(yè)化以及軟件本身的不斷升級(jí),MATLAB的用戶界面也越來(lái)越精致,更加接近Windows的標(biāo)準(zhǔn)界面,人機(jī)交互

10、性更強(qiáng),操作更簡(jiǎn)單。</p><p> ?。?)簡(jiǎn)單易用的程序語(yǔ)言</p><p>  MATLAB一個(gè)高級(jí)的矩陣/陣列語(yǔ)言,它包含控制語(yǔ)句、函數(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輸入和輸出和面向?qū)ο缶幊烫攸c(diǎn)。用戶可以在命令窗口中將輸入語(yǔ)句與執(zhí)行命令同步,也可以先編寫(xiě)好一個(gè)較大的復(fù)雜的應(yīng)用程序(M文件)后再一起運(yùn)行。</p><p>  (3)強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理能力</p&g

11、t;<p>  MATLAB是一個(gè)包含大量計(jì)算算法的集合。其擁有600多個(gè)工程中要用到的數(shù)學(xué)運(yùn)算函數(shù),可以方便的實(shí)現(xiàn)用戶所需的各種計(jì)算功能。函數(shù)中所使用的算法都是科研和工程計(jì)算中的最新研究成果,而前經(jīng)過(guò)了各種優(yōu)化和容錯(cuò)處理。在通常情況下,可以用它來(lái)代替底層編程語(yǔ)言,如C和C++ 。在計(jì)算要求相同的情況下,使用MATLAB的編程工作量會(huì)大大減少。</p><p>  (4)出色的圖形處理功能</

12、p><p>  MATLAB自產(chǎn)生之日起就具有方便的數(shù)據(jù)可視化功能,以將向量和矩陣用圖形表現(xiàn)出來(lái),并且可以對(duì)圖形進(jìn)行標(biāo)注和打印。高層次的作圖包括二維和三維的可視化、圖象處理、動(dòng)畫(huà)和表達(dá)式作圖??捎糜诳茖W(xué)計(jì)算和工程繪圖。</p><p> ?。?)應(yīng)用廣泛的模塊集合工具箱</p><p>  MATLAB對(duì)許多專(zhuān)門(mén)的領(lǐng)域都開(kāi)發(fā)了功能強(qiáng)大的模塊集和工具箱。一般來(lái)說(shuō),它們都是

13、由特定領(lǐng)域的專(zhuān)家開(kāi)發(fā)的,用戶可以直接使用工具箱學(xué)習(xí)、應(yīng)用和評(píng)估不同的方法而不需要自己編寫(xiě)代碼。</p><p>  (6)實(shí)用的程序接口和發(fā)布平臺(tái)</p><p>  新版本的MATLAB可以利用MATLAB編譯器和C/C++數(shù)學(xué)庫(kù)和圖形庫(kù),將自己的MATLAB程序自動(dòng)轉(zhuǎn)換為獨(dú)立于MATLAB運(yùn)行的C和C++代碼。允許用戶編寫(xiě)可以和MATLAB進(jìn)行交互的C或C++語(yǔ)言程序。</p&g

14、t;<p> ?。?)應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)(包括用戶界面)</p><p>  在開(kāi)發(fā)環(huán)境中,使用戶更方便地控制多個(gè)文件和圖形窗口;在編程方面支持了函數(shù)嵌套,有條件中斷等;在圖形化方面,有了更強(qiáng)大的圖形標(biāo)注和處理功能,包括對(duì)性對(duì)起連接注釋等。</p><p>  2數(shù)字濾波器的概述 </p><p>  2.1數(shù)字濾波器的定義及分類(lèi)</p>&l

15、t;p>  數(shù)字濾波器是指輸入和輸出均為數(shù)字信號(hào),且通過(guò)一定運(yùn)算關(guān)系改變輸入信號(hào)所含頻率成分的相對(duì)比例或者濾除某些頻率成分的軟件或器件。數(shù)字濾波器和快速傅里葉變換一樣,是數(shù)字信號(hào)處理學(xué)科的重要組成部分,應(yīng)用非常廣泛。數(shù)字濾波器,通常是指一種算法,或一種數(shù)字處理設(shè)備,它的功能是將一組輸入的數(shù)字序列經(jīng)過(guò)一定的運(yùn)算后變換為另一組輸出的數(shù)字序列。因此,數(shù)字濾波器既可以是用數(shù)字硬件裝配成的一臺(tái)完成給定運(yùn)算的專(zhuān)用的數(shù)字計(jì)算機(jī),也可以是所需要的

16、運(yùn)算編寫(xiě)程序,讓通用計(jì)算機(jī)來(lái)執(zhí)行。</p><p>  對(duì)于數(shù)字濾波器而言,若系統(tǒng)函數(shù)為H(z),其脈沖響應(yīng)為h(n),輸入時(shí)間序列為x(n),則它們?cè)跁r(shí)域內(nèi)的關(guān)系是如下:</p><p>  y(n)=h(n)*x(n) </p><p>  在Z域內(nèi),輸入和輸出存在關(guān)系如下:</p><p>  Y(z)=H(z)*X(

17、z) </p><p>  式中,X(z),Y(z)分別為x(n)和y(n)的Z變換。</p><p>  在頻域內(nèi),輸入和輸出則存在如下關(guān)系:</p><p>  Y(jw)=H(jw)*X(jw) </p><p>  式中,H(jw)是數(shù)字濾波器的頻率特性,X(jw)、Y(jw)分別為x(n)和y(n)的頻譜

18、,而w為數(shù)字角頻率。</p><p>  數(shù)字濾波器可以有很多分類(lèi)方法,但總體上可分為兩大類(lèi)。一類(lèi)為經(jīng)典濾波器,即一般的濾波器,特點(diǎn)是輸入信號(hào)中的有用成分和希望能濾除的成分占用不同的頻帶,通過(guò)合適的選頻濾波器可以實(shí)現(xiàn)濾波。例如,若輸入信號(hào)中有干擾,信號(hào)中信號(hào)和干擾信號(hào)的頻帶互不重疊,即可濾除干擾得到想要的信號(hào)。另一類(lèi)為現(xiàn)代濾波器,如維納濾波器、卡爾曼濾波器、自適應(yīng)濾波器等最佳濾波器,其輸入信號(hào)中有用信號(hào)和希望濾除

19、的成分頻帶重疊,可按照隨機(jī)信號(hào)內(nèi)部的一些統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律,從干擾中最佳地提取信號(hào)。</p><p>  對(duì)于一般濾波器,從功能上分類(lèi)可以分為低通、高通、帶通、帶阻和全通濾波器;從實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)或單位沖激響應(yīng)上分類(lèi),可以分為有限長(zhǎng)單位沖激響應(yīng)(FIR)數(shù)字濾波器和無(wú)限長(zhǎng)單位沖激響應(yīng)(IIR)數(shù)字濾波器。</p><p>  對(duì)于有限長(zhǎng)沖擊響應(yīng)數(shù)字濾波器(FIR),其輸出y(n)只取決于有限個(gè)過(guò)去

20、和現(xiàn)在的輸入,x(n),x(n-1),x(n-2)…,x(n-m),濾波器的輸入輸出關(guān)系可表示為</p><p>  y(n)= </p><p>  對(duì)于無(wú)線長(zhǎng)沖擊響應(yīng)數(shù)字濾波器(IIR),它的輸出不僅取決于過(guò)去和現(xiàn)在的輸入,而且還取決于過(guò)去的輸出,其差分方程為</p><p>  y(n)+ = </p><p>  該差分方

21、程的單位沖擊響應(yīng)是無(wú)限延續(xù)的。</p><p>  2.2 FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法</p><p>  設(shè)計(jì)FIR數(shù)字濾波器的方法通常有三種:窗函數(shù)法,頻率抽樣法,等紋波逼近法。本次課程設(shè)計(jì)討論的是第一種窗函數(shù)法。這種方法也叫傅里葉級(jí)數(shù)法。</p><p>  一般是先給定所要求的理想濾波器頻率響應(yīng),導(dǎo)出,我們知道理想濾波器的沖擊響應(yīng)是無(wú)限長(zhǎng)的非因果序列,而我們

22、要設(shè)計(jì)的是h(n)是有限長(zhǎng)的FIR濾波器,所以要用有限長(zhǎng)序列h(n)來(lái)逼近無(wú)限長(zhǎng)序列,設(shè):</p><p><b>  = </b></p><p>  常用的方法是使用有限長(zhǎng)的窗函數(shù)w(n)來(lái)截取即:</p><p>  h(n)=w(n) </p><p>  根據(jù)在時(shí)域是相乘關(guān)系,在頻域則是卷積關(guān)系

23、:</p><p><b>  = </b></p><p>  其中為矩形窗譜,是FIR濾波器頻率響應(yīng)。</p><p>  在設(shè)計(jì)過(guò)程中,將無(wú)限長(zhǎng)序列變?yōu)橛邢揲L(zhǎng)序列是通過(guò)時(shí)域加矩形窗乘積來(lái)實(shí)現(xiàn)的截?cái)?。常?jiàn)的窗函數(shù)有:矩形窗,漢寧窗,海明窗,布拉克曼窗,凱澤窗等,下面分別來(lái)討論著幾種常見(jiàn)的窗函數(shù):</p><p>&

24、lt;b>  矩形窗:w(n)=</b></p><p><b>  窗譜:=</b></p><p>  幅度函數(shù):=sin(wN/2)/sinw/2</p><p>  海明窗:w(n)=[0.54-0.46cos()]</p><p>  布拉克曼窗:w(n)=[0.42-0.5cos()]<

25、;/p><p>  凱澤窗:w(n)=其中(x)是第一類(lèi)變形修正零階貝塞爾函數(shù)</p><p><b>  =1+</b></p><p>  這些窗函數(shù)的基本參數(shù)如表2-4-1所示:</p><p>  表2-4-1 窗函數(shù)的基本參數(shù)</p><p>  3 FIR數(shù)字濾波器的MATLAB仿真&l

26、t;/p><p><b>  3.1程序流程圖</b></p><p><b>  3.2函數(shù)命令</b></p><p><b>  (1)fir1函數(shù)</b></p><p>  設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)響應(yīng)FIR濾波器可以使用fir1函數(shù)。fir1函數(shù)以經(jīng)典方法實(shí)現(xiàn)加窗線性相位FIR濾波器設(shè)

27、計(jì),它可以設(shè)計(jì)出標(biāo)準(zhǔn)的低通,帶通,高通和帶阻濾波器。形式為: b=fir1(n,Wc,’ftype’,Window)</p><p>  各個(gè)參數(shù)的含義如下:</p><p>  b:濾波器系數(shù)。對(duì)于一個(gè)n階的FIR濾波器,其n+1個(gè)濾波器系數(shù)可表示為:</p><p>  b(z)=b(1)+b(2)+…+b(n+1) </p><p>

28、<b>  n:濾波器的階數(shù)。</b></p><p><b>  Wc:截止頻率。</b></p><p>  ftype:當(dāng)指定ftype時(shí),可設(shè)計(jì)高通和帶阻濾波器。</p><p>  Window:窗函數(shù)。</p><p>  (2)freqz函數(shù)</p><p> 

29、 該函數(shù)基于FFT算法計(jì)算數(shù)字濾波器Z變換頻率響應(yīng)。返回?cái)?shù)字濾波器的n點(diǎn)復(fù)頻域響應(yīng)</p><p><b>  H()= </b></p><p>  在簡(jiǎn)單形式中,b,a為濾波器系數(shù),freqz可得到數(shù)字濾波器的n點(diǎn)復(fù)頻響應(yīng),并將這n點(diǎn)保存在w中,相應(yīng)的頻率級(jí)聯(lián)在h中。</p><p>  (3)設(shè)計(jì)用的其他函數(shù)即命令如下表所示:<

30、;/p><p><b>  表3-2-1</b></p><p>  3.3模塊功能分析及程序源代碼</p><p>  clear; %清除工作空間</p><p>  close all; %關(guān)閉所有打開(kāi)的窗口</p><p>  wls=0.2*pi;wlp=0.35*pi;

31、%參數(shù)設(shè)置</p><p>  whp=0.65*pi;whs=0.8*pi; </p><p>  delta_w=min((wlp-wls),(whs-whp)); %求兩個(gè)過(guò)渡帶的較小者</p><p>  wc1=(wls+wlp)/2;wc2=(whp+whs)/2; %截止頻率取通帶阻帶邊界頻率的均值</p><p&

32、gt;<b>  %矩形窗</b></p><p>  N1=ceil(1.8*pi/delta_w); %根據(jù)矩形窗精確過(guò)渡帶寬1.8∏/N計(jì)算窗寬</p><p>  hn1=fir1(N1-1,[wc1,wc2]/pi,boxcar(N1)); %檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的濾波器單位脈沖響應(yīng)</p><p>  [h1,w1]=freqz(h

33、n1,1);</p><p><b>  %Hamming窗</b></p><p>  N2=ceil(6.6*pi/delta_w); %根據(jù)Hamming窗精確過(guò)渡帶寬6.6∏/N計(jì)算窗寬</p><p>  hn2=fir1(N2-1,[wc1,wc2]/pi,hamming(N2));</p><p> 

34、 [h2,w2]=freqz(hn2,1);</p><p>  %Blackman 窗</p><p>  N3=ceil(11*pi/delta_w); %根據(jù)Blackman窗精確過(guò)渡帶寬11∏/N計(jì)算窗寬</p><p>  hn3=fir1(N3-1,[wc1,wc2]/pi,blackman(N3));</p><p>  

35、[h3,w3]=freqz(hn3,1);</p><p><b>  %Kaiser 窗</b></p><p>  N4=ceil(10*pi/delta_w); %根據(jù)Kaiser窗技術(shù)精確過(guò)渡帶寬10∏/N計(jì)算窗寬</p><p>  hn4=fir1(N4-1,[wc1,wc2]/pi,kaiser(N4));</p>

36、;<p>  [h4,w4]=freqz(hn4,1);</p><p><b>  %繪圖</b></p><p>  figure(1) %建立圖形窗口</p><p>  subplot(3,1,1); %把窗口分割成3行1列</p><p>  n=0:N1-1;stem(n,hn1,&

37、#39;.'); %繪制矩形窗的單位脈沖響應(yīng)</p><p>  axis([0,N1-1,-0.4,0.4]); %設(shè)置顯示范圍</p><p>  xlabel('n');ylabel('h(n)');grid on; %確定x,y軸坐標(biāo)名稱(chēng),加網(wǎng)格</p><p>  title('矩形窗單位沖

38、擊響應(yīng)h(n)'); %添加圖形的標(biāo)題</p><p>  subplot(3,1,2);</p><p>  plot(w1/pi,20*log10(abs(h1))); %繪制矩形窗的幅頻特性曲線</p><p>  axis([0,1,-150,5]); %設(shè)置顯示范圍</p><p>  xlabel(

39、9;歸一化角頻率');ylabel('幅度(單位:分貝)');grid on; %確定x,y坐標(biāo)</p><p>  title('矩形窗幅頻響應(yīng)'); %添加圖形的標(biāo)題</p><p>  subplot(3,1,3);</p><p>  plot(w1/pi,180/pi*unwrap(angle(h1)))

40、; %繪制矩形窗的相頻特性曲線</p><p>  xlabel('歸一化角頻率');ylabel('單位:度');grid on;</p><p>  title('矩形窗相頻相應(yīng)');</p><p>  figure(2) %建立圖形窗口</p><p>  subplot(3

41、,1,1);</p><p>  n=0:N2-1;stem(n,hn2,'.'); %繪制Hamming窗單位脈沖響應(yīng)</p><p>  axis([0,N2-1,-0.4,0.4]); %確定顯示范圍</p><p>  xlabel('n');ylabel('h(n)');grid on;</

42、p><p>  title('Hamming窗單位脈沖響應(yīng)h(n)');</p><p>  subplot(3,1,2);</p><p>  plot(w2/pi,20*log10(abs(h2))); %繪制Hamming窗幅頻響應(yīng)</p><p>  axis([0,1,-150,5]);</p>&l

43、t;p>  xlabel('歸一化角頻率');ylabel('幅度(單位:分貝)');grid on;</p><p>  title('Hamming窗幅頻響應(yīng)');</p><p>  subplot(3,1,3);</p><p>  plot(w2/pi,180/pi*unwrap(angle(h2)))

44、; %繪制Hamming窗相頻響應(yīng)</p><p>  xlabel('歸一化角頻率');ylabel('單位:度');grid on;</p><p>  title('Hamming窗相頻相應(yīng)');</p><p><b>  figure(3)</b></p><p

45、>  subplot(3,1,1);</p><p>  n=0:N3-1;stem(n,hn3,'.');</p><p>  axis([0,N3-1,-0.4,0.4]);</p><p>  xlabel('n');ylabel('h(n)');grid on;</p><p> 

46、 title('Blackman窗單位沖擊響應(yīng)h(n)');</p><p>  subplot(3,1,2);</p><p>  plot(w3/pi,20*log10(abs(h3)));</p><p>  axis([0,1,-150,5]);</p><p>  xlabel('歸一化角頻率');y

47、label('幅度(單位:分貝)');grid on;</p><p>  title('Blackman窗幅頻響應(yīng)');</p><p>  subplot(3,1,3);</p><p>  plot(w3/pi,180/pi*unwrap(angle(h3)));</p><p>  xlabel(

48、9;歸一化角頻率');ylabel('單位:度');grid on;</p><p>  title('Blackman窗相頻相應(yīng)');</p><p>  figure(4) %建立圖形窗口</p><p>  subplot(3,1,1);</p><p>  n=0:N4-1;stem(n,

49、hn4,'.');</p><p>  axis([0,N4-1,-0.4,0.4]);</p><p>  xlabel('n');ylabel('h(n)');grid on;</p><p>  title('Kaiser窗單位脈沖響應(yīng)h(n)');</p><p>  s

50、ubplot(3,1,2);</p><p>  plot(w4/pi,20*log10(abs(h4)));</p><p>  axis([0,1,-150,5]);</p><p>  xlabel('歸一化角頻率');ylabel('幅度(單位:分貝)');grid on;</p><p>  titl

51、e('Kaiser窗幅頻響應(yīng)');</p><p>  subplot(3,1,3);</p><p>  plot(w4/pi,180/pi*unwrap(angle(h4)));</p><p>  xlabel('歸一化角頻率');ylabel('單位:度');grid on;</p><p&

52、gt;  title('Kaiser窗相頻相應(yīng)');</p><p><b>  4仿真結(jié)果</b></p><p>  運(yùn)行MATLAB軟件,然后通過(guò)鍵盤(pán)輸入實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的源程序,檢查并修改源程序直到?jīng)]有錯(cuò)誤時(shí),得到如下圖所示運(yùn)行結(jié)果。</p><p><b>  圖4-1 矩形窗</b></p>

53、<p><b>  圖4-2 漢明窗</b></p><p>  圖4-3 布拉克曼窗</p><p><b>  圖4-4 凱澤窗</b></p><p><b>  5結(jié)果分析</b></p><p>  設(shè)計(jì)結(jié)果中,矩形窗和Hamming 窗的情況結(jié)果如圖4

54、-1和4-2所示,Blackman窗和Kaiser窗的運(yùn)行結(jié)果如圖4-3和4-4所示。根據(jù)理論分析,幅頻響應(yīng)圖中,在3db的對(duì)應(yīng)點(diǎn)應(yīng)該為通帶截止頻率,在60db處對(duì)應(yīng)的是阻帶截止頻率。</p><p>  (1)對(duì)于矩形窗:窗寬N=12,h(n)為偶對(duì)稱(chēng),對(duì)稱(chēng)中心為n=5.5,由于n為整數(shù),故在n=5和n=6處存在兩個(gè)極大值;在幅頻響應(yīng)圖中,實(shí)際設(shè)計(jì)的低端,高端通帶截止頻率為0.3262pi和0.6758pi,與

55、技術(shù)指標(biāo)相差6.8%和3.9%。而低端和高端的阻帶截止頻率為0.167pi和0.833pi,與技術(shù)指標(biāo)相差16.5%和4.13%。其阻帶的紋波較大,第一阻帶最小衰減27db;由相頻特性可以看出,次濾波器是線性相位的。</p><p>  (2)對(duì)于Hamming窗:窗寬N=44,h(n)為偶對(duì)稱(chēng),對(duì)稱(chēng)中心為n=21.5,由于n為整數(shù),故在n=21和n=22處存在兩個(gè)極大值;在幅頻響應(yīng)圖中,實(shí)際設(shè)計(jì)的低端,高端通帶

56、截止頻率為0.29pi和0.705pi,與技術(shù)指標(biāo)相差17.17%和8.47%。而低端和高端的阻帶截止頻率為0.1953pi和0.8047pi,與技術(shù)指標(biāo)相差2.35%和0.59%。第一阻帶最小衰減50db;由相頻特性可以看出,次濾波器是線性相位的。</p><p> ?。?)對(duì)于Blackman窗:窗寬N=80,h(n)為偶對(duì)稱(chēng),對(duì)稱(chēng)中心為n=39.5,由于n為整數(shù),故在n=39和n=40處存在兩個(gè)極大值;在幅

57、頻響應(yīng)圖中,實(shí)際設(shè)計(jì)低端,高端通帶截止頻率為0.289pi和0.7109pi,與技術(shù)指標(biāo)相差17.4%和9.37%。而低端和高端的阻帶截止頻率為0.207pi和0.793pi,與技術(shù)指標(biāo)相差3.5%和0.875%。第一阻帶最小衰減75db;由相頻特性可以看出,濾波器為線性相位的。</p><p> ?。?)對(duì)于Kaiser窗:窗寬為N=67,h(n)偶對(duì)稱(chēng),對(duì)稱(chēng)中心n=33,有用n為整數(shù),故在n=33處存在一個(gè)極

58、大值;在幅頻響應(yīng)圖中,實(shí)際設(shè)計(jì)的低端和高端通帶的截止頻率為0.289pi和0.7109pi,與技術(shù)指標(biāo)相差17.4%和9.37%。而低端和高端的阻帶截止頻率為0.205pi和0.7969pi,與技術(shù)指標(biāo)相差2.55%和0.39%。第一阻帶最小衰減80db;有相頻特性可以看出,次濾波器為線性相位的。</p><p><b>  6設(shè)計(jì)心得</b></p><p>  這

59、幾天通過(guò)對(duì)FIR帶通濾波器的設(shè)計(jì),我對(duì)數(shù)字信號(hào)處理這一課程有了更深一步的了解,同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足,看到了自己的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)還是比較缺乏,理論聯(lián)系實(shí)際的能力還亟需提高。</p><p>  課程設(shè)計(jì)是思維能力,動(dòng)手能力,語(yǔ)言表達(dá)能力的綜合運(yùn)用,對(duì)人的能力有著整體的提高,是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí),發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實(shí)際問(wèn)題,鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),是對(duì)學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過(guò)程。經(jīng)過(guò)這次課程設(shè)計(jì),

60、我們對(duì)前面的路有了更多的信心,因?yàn)樵谶@個(gè)過(guò)程中,我們學(xué)到了不少實(shí)用的東西,對(duì)于一些專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課有了更深層次的掌握,并且提高了動(dòng)手能力和獨(dú)立解決問(wèn)題的能力。此次的課程設(shè)計(jì),不僅讓我加深了對(duì)數(shù)字信號(hào)處理知識(shí)的理解,同時(shí)熟悉了MATLAB軟件應(yīng)用。諸多在此次學(xué)習(xí)到的知識(shí)或是能力必將有用于之后的學(xué)習(xí)或是將來(lái)的工作,這也是此次課程設(shè)計(jì)的目的所在。</p><p>  總而言之,此次的課程設(shè)計(jì)不但鍛煉了我們最基本的設(shè)計(jì)能力,更

61、重要的是讓我們更深刻的認(rèn)識(shí)了數(shù)字信號(hào)處理在實(shí)際中的重要應(yīng)用。</p><p><b>  參考文獻(xiàn)</b></p><p>  [1] 樊昌信. 通信原理(第六版) 國(guó)防工業(yè)出版社,2011</p><p>  [2] 謝楷. MSP430系列單片機(jī)系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)與實(shí)踐 電子工業(yè)出版社,2009</p><p>  [3

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