基于MATLAB的FIR+数字低通滤波器设计

毕业设计（论文）任务书题目：基于MATLAB的FIR数字低通滤波器设计系名信息工程系专业电子信息工程学号6009202371学生姓名马成指导教师李晓峰职称讲师2012年12月15日一、原始依据（包括设计或论文的工作基础、研究条件、应用环境、工作目的等。）研究条件：在大学四年专业学习的基础上，阅读有关MATLAB软件使用方法以及数字滤波器设计等方面的书籍；掌握MATLAB编程语言，熟练利用计算机进行MATLAB仿真设计。应用环境：数字滤波器在现实生活中与人们息息相关，广泛使用于各种声音、图像以及文字等处理系统中。将MATLAB强大的运算处理能力有机融入数字滤波器设计中可实现对于数字滤波器的快速设计以及各种处理变换。工作目的：本课题的主要任务就是利用MATLAB软件中的数字信号处理工具箱实现FIR低通数字滤波器的设计。二、参考文献[1]徐明远，刘增力，《MATLAB仿真在信号处理中的应用》[M].西安：西安电子科技大学出版社，2007.11.[2]陈桂明，张明照，《应用MATLAB语言处理信号与数字图像》[M].北京：科学出版社，2000.5.[3]飞思科技产品研发中心.MATLAB基础与提高[M].北京：电子工业出版社，2005.[4]高西全，丁玉美.数字信号处理[M].西安：西安电子科技大学出版社，第三版，2008.[5]李亚奇，张雅琦.线性相位FIR数字滤波器[J].电子测量技术，2005（6）：35-37.[6]郭德才.基于Matlab的FIR低通滤波器的设计与仿真[J].通化师范学院学报，2009,30（8）：38-41.[7]赵刚.基于数字滤波器设计的讨论[J].南开大学学报（自然科学版），2003（3）：101-103.[8]陈明军.改进窗函数在FIR数字滤波器设计中的应用[J].继电器，2007（13）：65-67.三、设计（研究）内容和要求（包括设计或研究内容、主要指标与技术参数，并根据课题性质对学生提出具体要求。）1、研究内容：研究目前利用MATLAB应用于数字信号处理方面设计数字滤波器的内容，熟练掌握MATLAB语言和数字滤波器设计方法，实现基于MATLAB的数字低通滤波器设计。2、主要技术指标及设计具体要求：本设计要求在熟练应用MATLAB软件的基础上，采用目前常用的窗函数法、频率采样法和等波纹最佳逼近法等FIR数字滤波器的设计方法设计一个数字低通滤波器，并对设计结果进行比较分析，研究它们各自的优缺点及适用对象。指导教师（签字）年月日审题小组组长（签字）年月日天津大学仁爱学院本科生毕业设计（论文）开题报告课题名称基于MATLAB的FIR数字低通滤波器设计系名信息工程系专业电子信息工程学生姓名马成指导教师李晓峰一、课题来源及意义数字滤波技术作为数字信号处理的基本分支之一，就是提取信号的有用分量，削弱无用分量的技术，被广泛应用于数据处理，图像处理、雷达、声纳信号处理、地址石油勘探等很多领域，越来越受到人们的关注。由于单位冲击响应的不同数字滤波器有两种类型：有限冲击响应（FiniteImpulseResponse，FIR）数字滤波器和无限冲击响应（InfiniteImpulseResponse，IIR）数字滤波器。两种类型滤波器相比而言，对于同样的滤波器设计指标，虽然FIR滤波器成本较高，信号延迟较大并且FIR滤波器没有现成的计算公式（必须要用计算机辅助设计软件（如MATLAB）来计算），但是FIR滤波器可以采用FFT算法，运算速度较快；精度高，具有严格的线性相位等特点优于IIR数字滤波器已被广泛应用。本课题设计的就是基于MATLAB的FIR数字低通滤波器设计。二、国内外发展现状无论是在理论研究上还是在如语音、数字音频、图像处理、通讯、雷达、军事、航空航天、医疗等实际应用上都有着美好的技术前景和巨大的使用价值。采用数字技术则避免很多类似的难题，如模拟电路元件对温度的敏感性等等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。三、研究目标主要研究基于MATLAB的FIR低通滤波器。具体是采用窗函数设计法、频率采样法、等波纹逼近法进行设计，并用MATLAB软件编写程序进行仿真四、研究内容1、研究FIR滤波器的定义、分类、应用以及设计方法。2、了解FIR滤波器窗函数的设计方法及原理。3、了解FIR滤波器频率采样的设计方法及原理。4、了解FIR滤波器等波纹逼近的设计方法及原理。5、确定滤波器的技术指标，并进行MATLAB仿真五、研究方法与手段本课题主要研究的是基于Matlab的FIR低通滤波器设计,因此在研究过程中主要是采用理论分析结合软件仿真来实现。总的研究方法是在课题研究之前.掌握一定的理论基础,了解FIR滤波器是如何进行信号各个波段的滤波的,在理论中寻找适合本课题的设计方案,然后了解Matlab软件应用,使用Matlab软件设计数字低通滤波器并进行仿真优化,实现数字低通滤波器的滤波。具体措施如下：1.首先阅读广泛资料,对FIR滤波器的定义、设计方法做一下介绍,分析FIR低通滤波器的研究意义及作用。2．Matlab作为工作平台和开发工具,熟悉Matlab软件程序设计的基本原理和实验环境,实现仿真。3．针对FIR低通滤波器的滤波基本原理进行研究,查阅相关资料书籍。并利用窗函数的设计方法进行滤波设计,并运用Matlab进行模拟仿真。4．查漏补缺进行论文的改进。六、进度安排1、2012.12.15-2013.03.03查找国内外相关资料，完成开题报告2、2013.03.07-2013.04.07重点学习基于Matlab的FIR低通滤波器的设计方案.实现数字低通滤波器的设计与仿真。3、2013.04.08-2013.05.08对设计方案的软件进行仿真，确定最终的方案4、2013.05.08-2013.06.01完成毕业论文，准备答辩.八、主要参考文献[1]徐明远，刘增力，《MATLAB仿真在信号处理中的应用》[M].西安：西安电子科技大学出版社，2007.11.[2]陈桂明，张明照，《应用MATLAB语言处理信号与数字图像》[M].北京：科学出版社，2000.5.[3]飞思科技产品研发中心.MATLAB基础与提高[M].北京：电子工业出版社，2005.[4]高西全，丁玉美.数字信号处理[M].西安：西安电子科技大学出版社，第三版，2008.[5]李亚奇，张雅琦.线性相位FIR数字滤波器[J].电子测量技术，2005（6）：35-37.[6]郭德才.基于Matlab的FIR低通滤波器的设计与仿真[J].通化师范学院学报，2009,30（8）：38-41.[7]赵刚.基于数字滤波器设计的讨论[J].南开大学学报（自然科学版），2003（3）：101-103.[8]陈明军.改进窗函数在FIR数字滤波器设计中的应用[J].继电器，2007（13）：65-67.[9]丁玉美,高西全.数字信号处理[M].第三版.西安:西安电子科技大学出版社,2008,6.[10]闫胜利.FIR滤波器及设计原理[J].长春工程学院学报(自然科学版),2003,6,4(1):21-24.[11]姚齐国.基于MATLAB的数字滤波器的设计[J].江西理工大学学报,2006,2,27(1):50-52.[12]杨守卫.FIR数字滤波器应用分析探讨[J].河北省工程咨询院学报,2011,7,29(15):47-49.[13]朱敏.MATLAB数字信号处理工具箱的开发和应用[J].信息与电脑,2010,2,26(8):154-155.[14]姚海燕.FIR数字滤波器设计窗函数法与频率抽样法比较[J].安阳工学院学报,2007,6,12(6):51-53.[15]刘波.MATLAB信号处理[M].北京:电子工业出版社,2006,7.选题是否合适：是□否□课题能否实现：能□不能□指导教师（签字）年月日选题是否合适：是□否□课题能否实现：能□不能□审题小组组长（签字）年月日毕业设计（论文）说明书题目：基于MATLAB的FIR数字低通滤波器设计系名信息工程系专业电子信息工程学号6009202371学生姓名马成指导教师李晓峰2013年6月9日摘要在数字信号处理中,由于信号中经常混有各种复杂成分，所以很多信号分析都是基于滤波器而进行的，因此数字滤波器是占有极其重要的地位。在数字控制系统中输入信号中所含的干扰对系统的性能会产生很大的影响，因此需要对输入信号进行处理，以提取有用信号。有限长冲激响应（FIR）滤波器在数字信号处理中发挥着重要作用，采用MATLAB软件对FIR数字滤波器进行仿真设计，简化了设计中繁琐的计算。本文是采用窗函数法，频率采样法通过调用MATLAB函数设计FIR数字滤波器。绘制对应的幅频特性曲线。最后用基于MATLAB函数设计的FIR数字滤波器进行语音滤波处理，通过滤波前后信号的频谱图和生成的声音文件的对比，分析不同滤波器的滤波效果。关键词：FIR数字滤波器；窗函数法;频率抽样法;ABSTRACTIndigitalsignalprocessing,becausethesignalisoftenmixedwithavarietyofcomplexcomposition,soalotofsignalanalysisarebasedonthefilter,digitalfilteroccupiesanextremelyimportantposition.Indigitalcontrolsystem,interference,whichismixedintheinputsignal,hasagreateffectonperformanceofthesystem.Therefore,processingofinputsignalhastobedonetogetusefulsignal.Finiteimpulseresponse(FIR)filterplaysanimportantroleintheprocessingofdigitalsignal.DesigningtheFIRfilterbyMatlabcansimplifythecomplicatedcomputationinsimulationandimprovetheperformance.Byusingthemethodsofwindowfunction,frequencysampling,thedesignofFIRdigitalfilterhasbeenprocessedinMatlab.IntheviewofthedesignedprogramofMatlabandthefigureoftheamplitude-frequencycharacterization.Atlast,byusingtheFIRdigitalfilterswhichhavebeendesignedtoprocessthesoundsignalbasedontheMatlabfunction,thefilteringeffectofdifferentdigitalfiltersisanalyzedbycomparingthesignal’sspectrumviewersandthesoundfileswhichhavebeengenerated.TheexperimentalresultsshowthattheFIRfiltersdesignedinthispaperareeffective.Keywords:FIRdigitalfilter；windowingmethod；frequency;sampling;method；1目录第一章绪论................................................................................................................11.1课题来源及意义...................................