王星-《基于MATLAB的IIR数字滤波器的设计》-开题报告

毕业（设计）论文开题报告系别电子信息工程专业电子信息工程班级122801学生姓名王星学号080412指导教师令前华报告日期2012-3-20毕业（设计）论文开题报告表论文题目基于MATLAB的IIR数字滤波器的设计与仿真学生姓名王星学号080412指导教师令前华题目来源（划√）科研□生产□实验室□专题研究□论文类型（划√）设计□论文□其他□一、选题的意义数字滤波在DSP（数字信号处理）中占有重要地位。数字滤波器按实现的网络结构或者从单位脉冲响应，分为IIR(无限脉冲响应）和FIR（有限脉冲响应）滤波器。如果IIR滤波器和FIR滤波器具有相同的性能，那么通常IIR滤波器可以用较低的阶数获得高的选择性，执行速度更快，所有的储存单元更少，所有既经济又高效。数字滤波器精确度高、使用灵活、可靠性高，具有模拟设备所没有的许多优点，已广泛地应用于各个科学技术领域，例如数字电视、语音、通信、雷达、声纳、遥感、图像、生物医学以及许多工程应用领域。随着信息时代数字时代的到来，数字滤波技术已经成为一门及其重要的科学和技术领域。以往的滤波器大多采用模拟电路技术，但是，模拟电路技术存在很多难以解决的问题，例如，模拟电路元件对温度的敏感性，等等。而采用数字技术则避免很多类似的难题，当然数字滤波器在其他方面也有很多突出的优点都是模拟技术所不能及的，所以采用数字滤波器对信号进行处理是目前的发展方向。MATLAB是“矩阵实验室”（MATrixLABoratoy）的缩写，它是由美国Mathworks公司于1984年正式推出的一种面向科学与工程的计算软件，是一种以矩阵运算为基础的交互式程序语言，专门针对科学、工程计算及绘图的需求。随着版本的不断升级，内容不断扩充，功能更加强大，从而被广泛应用于仿真技术、自动控制和数字信号处理等领域。全球现有超过五十万的企业用户和上千万的个人用户，广泛分布在航空航天、金融财务、机械化工、电信、教育等各个行业。通过matlab和相关工具箱，工程师、科研人员、数学家和教育工作者可以在统一的平台下完成相应的科学计算工作。matlab本身包含了600余个用于数学计算、统计和工程处理的函数，这样，就可以迅速完成科学计算任务而不必进行额外的开发。业内领先的工具箱算法极大的扩展了matlab的应用领域，所以matlab自推出以来就受到广泛的关注，信号处理工具箱就是其中之一，在信号处理工具箱中，matlab提供了滤波器分析、滤波器实现、fir滤波器实现、iir数字滤波器设计、iir数字滤波器阶次估计等方面的函数命令。由于我们所面对的工程问题越来越复杂，过去所依赖分析的技术已逐渐不敷使用。利用电脑来分析及解决工程问题已是当今工程师的必要工具。使用matlab软件进行科学计算，能够极大加快科研人员进行研究开发的进度，减少在编写程序和开发算法方面所消耗的时间和有限的经费，从而获得最大的效能。二、基本内容及重点本文设计的主要内容：（1）了解IIR数字滤波器的基本原理；（2）了解熟悉MATLAB在滤波器设计过程中的应用；（3）使用MATLAB语言设计滤波器并进行仿真；（4）利用MATLAB随时对比设计要求和滤波器特性调整参数，使其直观简单，达到滤波器的最优化。重点：要设计一个数字滤波器去仿真一个模拟滤波器有脉冲响应不变法和双线性变换法。其设计过程都是由给定的模拟滤波器的系统函数Ha(s)去变换出相应的数字滤波器的系统函数H(z)。脉冲响应不变法的设计过程如下：1.已知一模拟滤波器系统函数：2.为方便求出其时域单位脉冲响应，将上式化为部分分式之和的形式：3.由拉氏反变换得模拟滤波器在时域的单位脉冲响应：4.由时域的数字仿真的条件（即脉冲响应不变准则）可得相应的数字滤波器的脉冲响应：5.再对两边进行Z变换，即可得到数字滤波器的系统函数：0101()()()MMiiiiiaNNiiiiisqasHsAbssp(设MN)1()NiaiiAHssp11()[()]()iNptaaiihtLHsAeut1()()()iNpnTiihnThnTTAeunT1111011()()()()1:||1||||iiiiiNpnTnninniNNpTniipTinipTpTHzhnzTAeunTzATAezTezROCezze三、预期达到的成果（1）掌握MATLAB软件基本知识；（2）掌握扎实的数字信号处理基础知识；（3）独立运用MATLAB完成滤波器的设计和仿真；（4）利用MATLAB随时对比设计要求和滤波器特性调整参数，达到了滤波器的最优化。四、存在的问题及拟采取的解决措施1、确定指标。在设计一个滤波器之前，必须首先确定一些技术指标。这些技术指标需要来制定。在很多实际应用中，例如语音或音频信号处理中，数字滤波器常用来实现选频操作。因此，指标的形式一般确定为频域中幅度和相位的响应。2、逼近。确定了滤波器的技术指标后，就可以利用数学和DSP的基本原理提出一个滤波器模型。之后，利用数字滤波器的设计方法设计出一个世纪滤波器来逼近给定的目标。这一步是滤波器设计的所要研究的主要问题，是整个设计过程的重中之重。3、软件实现。上两步的结果是得到以差分或系统函数或冲激响应描述的滤波器，根据这个描述就可以分析其频率特性和相位特性，以验证设计结果是否满足指标要求，或者利用计算机仿真实现设计的滤波器，再分析滤波结果来判断。五、进度安排2012年3月16日~3月29日：查阅相关资料，了解数字滤波器的发展历史和研究应用现状，确定课题总体方案，明确课题任务、撰写开题报告；2012年4月1日~4月14日：学习并掌握应用MATLAB工具箱进行设计,要求能够使用MATLAB语言进行程序设计并设计相应的滤波器电路。模拟滤波器离散化数字滤波器数字滤波器技术指标模拟滤波器技术指标相应的模拟滤波器设计指标参数变换2012年4月15日~4月30日：完成论文的初稿，并交指导老师进行初步的检查。2012年5月1日~5月8日：根据指导老师的指导要求，修改论文，完成论文正稿，并再次交指导老师评审。论文定稿。2012年5月8日~……：论文评阅、答辩。六、参考文献和书目1倪养华,等．数字信号处理与实现．上海：上海交通大学出版社,19982施阳．等．MATLAB语言工具箱．西安：西北工业大学出版社,19913董长虹等.MATLAB信号处理与应用.北京：国防工业出版社，20054[美]M.H.海因斯著，张建华等译.数字信号处理.北京：科学出版社，20025张葛祥，李娜.MATLAB仿真技术与应用.北京：清华大学出版社，20036楼顺天，李博菡.基于MATLAB的系统分析与设计.西安：西安电子科技大学出版社，1998导师意见指导教师签字：年月日系意见系主任签字：年月日注：内容用小四，宋体