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基于matlab的濾波器的設計與仿真-資料下載頁

2026-06-18 18:34本頁面

　　

【正文】得到如圖 2 的仿真結果。其中仿真過程中可導入 FDATool所設計的濾波器文件。11圖 2 Simulink 仿真結果比較圖 2 中(b)和(c)的波形可知，輸入的原始信號經過濾波器濾波后，(b)中波形的毛刺部分(即干擾噪聲)被濾除，輸出的信號更接近正弦波，如(c)中所示波形。由此說明，傳遞函數為 H( z)=()的濾波器的設計是恰當的。5 FIR 數字濾波器與 IIR 數字濾波器的比較從性能上來說，IIR 濾波器傳遞函數包括零點和極點兩組可調因素，對極點的惟一限制是在單位圓內。因此可用較低的階數獲得高的選擇性，所用的存儲單元少，計算量小，效率高。但是這個高效率是以相位的非線性為代價的。選擇性越好，則相位非線性越嚴重。FIR 濾波器傳遞函數的極點固定在原點，是不能動的，它只能靠改變零點位置來改變它的性能。所以要達到高的選擇性，必須用較高的階數；對于同樣的濾波器設計指標，FIR 濾波器所要求的階數可能比 IIR 濾波器高 510 倍，結果，成本較高，信號延時也較大；如果按線性相位要求來說，則 IIR 濾波器就必須加全通網絡進行相位校正，同樣要大大增加濾波器的階數和復雜性。而 FIR 濾波器卻可以得到嚴格的線性相位。從結構上看，IIR 濾波器必須采用遞歸結構來配置極點，并保證極點位置在單位圓內。由于有限字長效應，運算過程中將對系數進行舍入處理，引起極點的偏移。這種情況有時會造成穩定性問題，甚至產生寄生振蕩。相反，FIR 濾波器只要采用非遞歸結構，12不論在理論上還是在實際的有限精度運算中都不存在穩定性問題，因此造成的頻率特性誤差也較小。此外 FIR 濾波器可以采用快速傅里葉變換算法，在相同階數的條件下，運算速度可以快得多。另外，也應看到，IIR 濾波器雖然設計簡單，但主要是用于設計具有分段常數特性的濾波器，如低通、高通、帶通及帶阻等，往往脫離不了模擬濾波器的格局。而 FIR 濾波器則要靈活得多，尤其是他易于適應某些特殊應用，如構成數字微分器或希爾波特變換器等，因而有更大的適應性和廣闊的應用領域。從上面的簡單比較可以看到 IIR 與 FIR 濾波器各有所長，所以在實際應用時應該從多方面考慮來加以選擇。從使用要求上來看，在對相位要求不敏感的場合，如語言通信等，選用 IIR 較為合適，這樣可以充分發揮其經濟高效的特點；對于圖像信號處理，數據傳輸等以波形攜帶信息的系統，則對線性相位要求較高。如果有條件，采用 FIR 濾波器較好。當然，在實際應用中可能還要考慮更多方面的因素。6 結論利用 MATLAB 的信號處理工具箱強大的信號處理功能，采用編程的方法設計數字濾波器，使設計達到了最優化；并且它可以快速的實現數字濾波器的仿真，使設計達到了最簡化。本文設計的數字濾波器采用 IIR 和 FIR 兩種方法來實現，其中 IIR 采用巴特沃什，FIR 采用布萊克曼窗函數法，按設計指標要求進行設計。利用 MATLAB 采用編程的方法實現。通過對 IIR 數字濾波器和 FIR 數字濾波器的比較可知 IIR 數字濾波器幅頻特性較好，而相頻特性曲線呈非線性，會使信號產生失真，階數比 FIR 數字濾波器低，系統不穩定；FIR 數字濾波器相位線性，信號在傳輸過程中不會產生失真，系統穩定，階數高，而幅頻特性難以滿足要求。13參考文獻[1] 蔣志凱．數字濾波與卡爾曼濾波[M]，北京：中國科學技術出版社，1993：100120．[2] 趙健，李勇．數字信號處理[M]，北京：清華大學出版社，2022：103155．[3] 陳懷琛．數字信號處理教程—MATLAB 釋義與實現[M]，北京：電子工業出版社，2022：106123．[4] 鄧華．MATLAB 通信仿真及應用實例解析 [M]，北京：人民郵電出版社，1997：123156 ．[5] 胡光書．數字信號處理：理論、算法與實現[M]，北京：清華大學出版社，1997：136155．[6] 樓天順．基于 MATLAB 的系統分析與設計信號處理[M]，西安：西安電子科技大學出版社，1998：133142．[7] 徐明遠．MATLAB 仿真在通信與電子工程中的應用[M]，西安：西安電子科技大學出版社，2022：154187．[8] 陳后金．數字信號處理[M]，北京：高等教育出版社，2022：124177．[9] [美]Sanjit 著，孫烘，余翔宇等譯．數字信號處理實驗指導書（MATLAB 版）[M]，北京：電子工業出版社，2022：7185．[10] 陳桂明，張明照，戚紅雨．應用 MATLAB 語言處理數字信號與數字圖像[M]，北京：科學出版社，2022：165200.[11] 趙健，李毅，楊菊平．數字信號處理學習輔導[M]，北京：清華大學出版社，2022：9395．

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