信号分析与处理课程设计-FIR数字滤波器课程设计.doc

课程设计报告( 2012-2013年度第一学期)名 称： 信号分析与处理 题 目： FIR高通数字滤波器设计 院 系： 班 级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 设计周数： 成 绩： 日期： 2013年01月14号信号分析与处理课程设计任 务 书一、 目的与要求能够运用本课程中学到的知识，设计基于窗口函数法的FIR 数字滤波器。要求掌握数字信号处理的基本方法；FIR滤波器的设计步骤和方法；能够熟练采用C 语言或MATLAB语言进行计算机辅助设计和仿真验证设计内容的合理性。二、 主要内容请采用窗口函数法设计一个高通FIR数字滤波器，要求设计的频率响应为三、 进度计划序号设计(实验)内容完成时间备注1领取设计任务 查阅相关资料1天2制定滤波器设计的方案1天3编程实现,撰写报告2天4答辩四、 设计（实验）成果要求课程设计报告五、 考核方式设计报告+答辩学生姓名： 指导教师： 数字信号处理课程设计一、课程设计的目的与要求能够运用本课程中学到的知识，设计基于窗口函数法的FIR 数字滤波器。要求掌握数字信号处理的基本方法；FIR滤波器的设计步骤和方法；能够熟练采用C 语言或MATLAB语言进行计算机辅助设计和仿真验证设计内容的合理性。二、设计正文1.FIR数字滤波器设计步骤:(1)根据设计要求，确定FIR滤波器的频率响应，包括过渡带宽、通带和阻带阻尼限制。通带：，通带截止频率,通带宽度； 过渡带：，宽度阻带：，阻带截止频率, ,阻带宽度。阻带最小衰减为。（2） 根据前一步的过渡带宽、通带和阻带阻尼限制，确定选择的窗口函数类型和的列长度。窗函数最小阻带衰减衰减/dB主瓣宽第一旁瓣相对于主瓣衰减/dB矩形窗-214/N-13三角窗-258/N-25汉宁窗-448/N-31海明窗-538/N-41布拉克曼窗7412/N-57由于阻带最小衰减要求为,可查表知汉宁窗的阻带最小衰减为,符合要求且结构最简,因此选择汉宁窗。同样可以查得汉宁窗的过渡带宽为，所以,因用窗函数法设计时要求为奇数，故取。同样可以查得汉宁窗函数表达式：，。(3) 根据第一步确定理想的频率响应，通过求的傅里叶逆变换得到=，右移加窗截短得到因果FIR数字滤波器的单位冲激响应,。由已知得条件可以得出理想的频率响应： ； 。 右移得到加窗截短得到因果FIR数字滤波器的单位冲激响应为， （4）求得傅里叶变换，检验是否符合要求；2.利用MATLAB进行仿真验证，得到以下图像：(N=81,汉宁窗)(1)理想脉冲响应的图像:(2)实际脉冲响应的图像:(3)实际幅频响应图像:由图像可以看出通带在和之间，阻带在0到之间,过渡带宽小于,且设计滤波后max=1.005在范围内,min= 6.2306e-006在范围内,符合设计要求.（4）验算设计的滤波器性能分别在两个通带内与阻带内取值，然后进行验证1)的图像:2)的图像:3)xx1x2的混合图像:4)滤波后的图像:4.(1)同样选汉宁窗,N=161实际脉冲响应的图像:实际幅频响应图像:由图可以看出过渡带变窄了,同时max=1.0060,min=6.0626e-007符合设计要求滤波后的图像:(2)选择矩形窗,N=81实际脉冲响应的图像:实际幅频响应图像: max=1.0868不满足,min=3.6217e-004不满足,因此选择矩形窗不符合设计要求.滤波后的图像:(3)选择海明窗,N=81实际脉冲响应的图像:实际幅频响应图像:max=1.0017满足,min= 1.1805e-005在范围内滤波后的图像:三、课程设计总结或结论-总结:由各个图像对比可知窗函数类型不变,N值越大,阻带衰减不变,过渡带宽越窄;应由阻带最小衰减确定窗函数的类型,否则达不到设计的精度要求.心得体会: 通过本次高通FIR数字滤波器的课程设计，加深了我对数字滤波器理论知识的理解，同时对利用窗函数设计滤波器的设计方法、步骤及各种数字滤波器性能指标都有了一定的了解,由阻带最小衰减确定窗函数的类型，由过渡带宽确定窗函数的点数N. 同时我学会了最基本的MATLAB使用,使用MATLAB语言进行编程并且用计算机做了仿真,验证设计内容的合理性。以前做滤波器的题目，只是按部就班的记住了步骤，很多细节上的问题都没有明白，然而因为需要自己设计编程，对很多细节诸如N的取值都有了更深刻的了解。这次课设锻炼了我自己解决问题，查找资料，自我学习的能力，让我受益匪浅。四、参考文献1.王世一 数字信号处理北京理工大学出版社2.唐向宏 岳恒利 郑雪峰 MATLAB及在电子信息类课程中的应用 电子工业出版社 3.张明照 张政波 刘斌 应用MATLAB实现信号分析和处理科学出版社附录MATLAB程序:clear;wc=0.35*pi;N=81;for n=1:Nif n=(N+1)/2h1(n)=1-wc/pi;elseh1(n)=(sin(pi*(n-(N+1)/2)-sin(wc*(n-(N+1)/2)/(pi*(n-(N+1)/2);end win(n)=0.5*(1-cos(2*(n-1)*pi/(N-1); h(n)=h1(n)*win(n);end stem(h);pausew=0:0.002*pi:pi;l1=length(w);for n=1:l1H(n)=0;endfor n=1:l1for m=1:NH(n)=H(n)+h(m)*exp(-i*w(n)*(m-1); endendRe=abs(H);plot(Re);pausei=0:100;x1=sin(0.2*pi*i);plot(x1) pause x2=sin(0.8*pi*i);plot(x2) pause x=x1+x2;plot(x