基于MATLAB数字滤波器的设计开题报告书定稿.doc

本科毕业论文（设计） 开题报告书题 目： 基于MATLAB的数字滤波器的设计 系 部： 信息工程学院 专业年级： 通信工程2011级 姓 名： 学 号： 3001030578 指导老师： 职 称： 副教授 二一四 年 十一 月 二十四 日武昌工学院本科毕业论文（设计）开题报告书学院：信息工程学院学生姓名学号专业年级、班通信工程（2）班指导教师论文题目基于MATLAB的数字滤波器的设计1、本选题研究的目的及意义目前，数字信号处理理论与应用已成为一门及其重要的高新技术学科。数字信号处理技术日益成熟,广泛应用于各个领域。伴随着社会和经济的伟大变革，如今人人享有通信自由。从过去的普通电话到现在随时随地视频聊天，移动电话不再是特殊阶层使用，已成为大众日常生活的普通工具。科技带给我们生活的极大便利，可能很多人会想到计算机发挥了很大作用，但是，数字信号处理技术发挥的作用也是惊人的。如果没有这一技术的快速发展和应用，可能我们还没有那么快就可以足不出户而正常生活着。课题研究意义：在数字信号处理中，数字滤波是它的一个及其重要的技术分支。数字滤波器根据其单位冲激响应函数的时域特性可分为两类：无限冲激响应IIR(Infinite Impulse Response)滤波器和有限冲激响应FIR(Finite Impulse Response)滤波器。目前对数字滤波器的设计有多种方法。其中MATLAB软件已成为设计数字滤波器的强有力工具。该软件是1984年由美国MathWorks公司推出的一套用于数值计算及图形处理的高性能的可视化软件，它集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体，构成了一个方便友好的界面和用户环境。传统的数字滤波器设计过程复杂、计算工作量大、滤波特性调整困难，但利用MATLAB信号处理工具箱(signal processing toolbox)可以快速有效地实现由软件组成的常规数字滤波器的设计、分析和仿真，极大地减轻了工作量，有利于滤波器设计的最优化。基于MATLAB软件实现数字滤波器的设计，可通过修改滤波器的参数十分方便的改变滤波器的特性，进而解决一些特定需求。数字滤波涉及大量的运算，离开了计算机及相应的软件，就不可能解决任何稍微复杂的实际应用问题。MATLAB已成为国际公认的数字滤波的标准软件和开发平台。在MATLAB软件的基础上研究和学习滤波器的设计已成为一个热点，它不仅具有重要的理论意义，而且具有重要的现实意义。课题研究目的: 本文研究基于MATLAB下的数字滤波器的设计与实现。我们有必要对滤波器的设计方法进行探讨和研究，理解滤波器工作原理，优化设计方法，设计开发稳定性好的滤波器系统。通过对数字滤波器的研究，希望对数字滤波器的推广应用起到一定的促进作用。2、本选题国内外研究状况综述关于数字滤波器，早在上个世纪40年代末期，就有人讨论它的可能性问题，在50年代也有人讨论过数字滤波的问题。在这一段时期，科学家们做了大量的卓有成效的工作，这些工作为后来的数字滤波器的飞速发展起到了极其重要的奠基作用。到上个世纪60年代中期，美国科学家库利、图基总结前人的研究成果，经过长期钻研，使得举世文明的快速傅立叶变换问世。在数字信号处理领域和数字滤波领域，快速傅立叶变换的诞生是学术界一直认可的一个科学里程碑。从此以后，各种各样的快速傅立叶变换相继出现，在数字滤波领域，开始形成关于数字滤波器的一整套完整的正规理论。在这一时期，提出了各种各样的数字滤波结构，有的以运算误差为最小误差为特点，有的则以运算速度快见长，出现了数字滤波器的各种实现方法，对递归和非递归两类滤波器作了全面的比较，统一了数字滤波器的基本概念和理论。数字滤波器的一个重要发展是对有限冲激响应和无限冲激响应关系的认识转化。在初期，一般认为IIR滤波器比FIR滤波器具有更高的运算效率，因而明显地趋向于前者。后来，当人们提出用快速傅利叶变换(FFT)实现卷积运算的概念之后，发现高阶FIR滤波器也可以用很高的运算效率来实现，这就促使人们对高性能FIR滤波器的设计方法和数字滤波器的频域设计方法进行了大量的研究，从而出现了此后数字滤波器设计中频域方法与时域方法并驾齐驱的局面。数字滤波器尽管在语音、声纳、地震的信号处理中曾经发挥过作用，但由于以前计算机主机的价格很昂贵，严重阻碍了数字滤波器的发展，随着计算机科学的飞速发展，数字滤波器越来越多的展示出它自身的优势，正在加速进入各种工业领域经过最近几十年的发展，线性滤波方法，如维纳滤波、卡尔曼滤波和自适应滤波得到了广泛的研究和应用。一些非线性滤波方法，如小波滤波、同态滤波、中值滤波、形态滤波等都是现代信号处理的前沿课题，不但有重要的理论意义，而且有广阔的应用前景。我国广泛使用滤波器是50年代后期的事，当时主要用于话路滤波和报路滤波。经过半个世纪的发展，我国数字滤波器在研制、生产和应用等方面正在快速发展，但由于缺少专门研制机构，集成工艺和材料工业跟不上来，使得我国许多新型滤波器的研制应用与国际发展有一段距离。在国内的工程技术中应用中，模拟滤波器占了很大的比重，数字滤波器在生产应用中所占的比例还不多。从应用比例来看，数字滤波器要想实现大规模应用，必须加大对这方面的研究投入。随着我国科学技术的飞速发展，在国内也很多学者在数字滤波领域展开长期的深入研究，如山东大学的赖晓平教授、天津大学的王兆华教授。无论是在理论上还是在工程技术领域，都有很多科研成果。数字滤波器也逐渐应用在各种行业里，大到航空航天、国防军事，小到各种语音音箱制品、地下管道检测等经济领域。我国现有滤波器的种类和所覆盖的频率己基本上满足现有各种电信设备。从整体而言，我国有源滤波器发展比无源滤波器缓慢，数字滤波器比模拟滤波器发展缓慢近年来MiroSlav等人提出了一套有关数字滤波器设计的新算法和新设计方案一设计空间方法。该设计方法对同一组技术指标要求的数字滤波器可得到多种滤波器的设计方案，然后从中选取满足技术指标要求的最优设计方案，目前还处于研究阶段。在理论研究方面，有不少学者在研究用模糊数学来设计数字滤波器，在超大规模集成电路领域，对数字滤波器的研究也十分活跃。电子工业正在飞速发展，对滤波器的性能要求越来越高，功能也越来越多，对FIR滤波器而言，从理论上讲要尽可能的降低其阶数，因为随着阶数的增加，实现数字滤波器的运算量就越大，如果阶数不能降低，则对算法的运算效率就要提出更高的。还有一个重要的趋势就是要求具体实现它们的硬件电子元器件必须向大规模集成化方向发展，如果没有重大的理论突破，则只能在硬件寻找突破口，所以电子元件的集成化尤其重要。我国数字滤波器研制和生产与上述要求相差甚远，为缩短这个差距，电子工程和科技人员肩负着重大的历史责任。而且在世界范围内集成化也是一个重要的发展趋势。3、本选题研究的主要内容及写作大纲 本文研究基于MATLAB下的IIR和FIR数字滤波器的设计与实现。对于IIR数字滤波器采用冲激响应不变法和双线性变换法设计，进行软件仿真。对于FIR数字滤波器采用窗函数法，最小二乘法，最优化设计法，进行软件仿真。通过仿真结果分析这几种方法。本文通过对数字滤波器的研究，对数字滤波器的发展和推动有一定的作用。 写作大纲：第一章 绪论：主要概述数字滤波器的优点及国内外发展概况，并概括论文的主要研究内容。第二章 数字滤波器：主要介绍数字滤波器的基本概念及设计方法。第三章 MATLAB软件概述：MATLAB软件的发展，主要功能，语言特点。第四章 FIR数字滤波器的设计：主要阐述FIR数字滤波器的基本设计思想，采用窗函数法，最小二乘法，最优化设计法，进行软件仿真。第五章IIR数字滤波器的设计：主要介绍IIR数字滤波器的基本原理，采用冲激响应不变法和双线性变换法设计，进行软件仿真。 第六章主要总结本论文的主要内容。4、主要参考文献1 程佩清数字信号处理M北京：清华大学出版社，2001：80-1002 郭彩萍，倪文琦MATLAB在数字滤波器中的设计应用山西科技，2008，（06）3 罗军辉MATLAB7.0在数字信号处理中的应用M北京：机械工业出版社，2005200-2404 魏瑞FIR数字滤波器的仿真与实现科技广场，2008，（05）5 赵亚梅，杜红棉等基于MATLAB的IIR数字滤波器的设计微计算机信息，2007，（05）6 苏玉萍 ，郑琼琼 ，余东菊. 基于MATLAB的FIR滤波器设计. 中国科技信息，2008，（08）.7 董刚. 数字滤波器在数字信号处理中的应用设计. 电子信息技术，2008，（06）.8 李海涛，邓樱. MATLAB程序设计教程M北京：高等教育出版社，2002.9 胡广书数字信号处理M北京：清华大学出版社，2007.10 Ingle V K， Proakis J G. Digital Signal Processing Using MATLABM.New York: PWS Publishing Company, 1997.11 Vinay K.Ingle. Digital Signal Processing Using MATLAB，清华大学出版社，2003:1025-10315、完成措施及写作进度计划实施方案：1.到图书馆搜集相关资料和书籍,深刻了解数字滤波器的基本原理.2.确定研究的方向,即确定以何种方式设计数字滤波器,并集中这个方向去探讨这个课题.3.根据资料和书籍,熟练掌握MATLAB软件的原理及应用.4.和导师随时保持联系,按进度去完成内容,按老师的修改意见去改进.5.继续查阅相关资料,以便在课题上做进一步改进和完善.进度安排：1.上网查资料完成材料的收集，图书馆查阅相关书目了解数字滤波器和MATLAB软件的基本原理.2.2014年11月29日在老师的指导下完成开题报告.3.2014年11月29日-2014年12月25日，掌握设计所需的理论知识；掌握设计所需要的环境与工具的使用，初步完成方案设计；4. 2014年12月26日-2015年2月25日，完成初步方案设计并发给老师，并在此阶段与老师密切保持联系