FIR数字滤波器的设计maltab课件

1、FIR数字滤波器的设计FIR数 字滤波 器的设 计 maltab 1 第7章 FIR数字滤波器的设计 FIR数字滤波器的设计FIR数 字滤波 器的设 计 maltab 2 主要内容 本章的学习目标： 理解FIR数字滤波器的结构 掌握FIR数字滤波器特性分析的方法 掌握设计FIR数字滤波器的窗函数法 掌握设计FIR数字滤波器的约束最小二乘法 掌握设计FIR数字滤波器的频率抽样法 了解sgolay函数设计FIR数字滤波器的方法 FIR数字滤波器的设计FIR数 字滤波 器的设 计 maltab 3 7.1 FIR数字滤波器的结构数字滤波器的结构 在数字信号处理领域中，占有极其重要 位置的数字滤波器主

2、要有两大类：一类是无 限脉冲响应数字滤波器，另一类是有限脉冲 响应数字滤波器。 应用极其广泛的IIR数字滤波器的确有许 多独特的优势所在，但是，IIR数字滤波器 又的确存在着一些固有缺点，从而影响了它 的进一步应用。这些缺点主要有，稳定性难 以保障以及相位的非线性等。 所以，具有线性相位等优点的FIR数字滤 波器便得到了很好的发展。 FIR数字滤波器的设计FIR数 字滤波 器的设 计 maltab 4 7.1 FIR数字滤波器的结构数字滤波器的结构 相对于无限脉冲响应数字滤波器(IIR数字滤波 器)，有限脉冲响应数字滤波器(全零点或FIR数字 滤波器)的特点主要有： 总是稳定的； 具有精确的线

3、性相位； 设计方法是线性的； 硬件比较易于实现； 过渡过程具有有限区间； 主要缺点：在相同的给定条件下，滤波器阶数要 比IIR滤波器的高，相应的其延迟也要比IIR滤波器 的大得多。 FIR数字滤波器的设计FIR数 字滤波 器的设 计 maltab 5 7.1 FIR数字滤波器的结构数字滤波器的结构 有限脉冲响应数字滤波器的主要结构 型式有： l 直接型 l 级联型 l 线性相位型 l 频率取样型 FIR数字滤波器的设计FIR数 字滤波 器的设 计 maltab 6 7.2 FIR数字滤波器特性分析数字滤波器特性分析 7.2.1 FIR数字滤波器的频率响应 FIR数字滤波器的设计FIR数 字滤波

4、 器的设 计 maltab 7 7.2 FIR数字滤波器特性分析数字滤波器特性分析 7.2.2 FIR数字滤波器的零点位置 FIR数字滤波器的设计FIR数 字滤波 器的设 计 maltab 8 7.3窗函数法设计窗函数法设计FIR数字滤波器数字滤波器 FIR数字滤波器的设计FIR数 字滤波 器的设 计 maltab 9 7.3窗函数法设计窗函数法设计FIR数字滤波器数字滤波器 FIR数字滤波器的设计FIR数 字滤波 器的设 计 maltab 10 7.4 频率抽样法设计频率抽样法设计FIR数字滤波器数字滤波器 FIR数字滤波器的设计FIR数 字滤波 器的设 计 maltab 11 7.5 切比

5、雪夫逼近法设计切比雪夫逼近法设计FIR数字滤波器数字滤波器 窗函数法和频率取样法设计FIR数字滤波 器都是很有效很常用的方法，但是它们也都 有着自己的缺陷。窗函数法不容易设计出预 先给出截止频率的滤波器，也不容易得到已 知滤波器阶数前提下的最优解。频率取样法 采用的是插值法，也不是一种优化设计。 等波纹切比雪夫法是一种频率设计的最 佳方法，它一般对误差采用加权函数的形式， 采用最大误差最小的准则来获得惟一的最佳 解。 FIR数字滤波器的设计FIR数 字滤波 器的设 计 maltab 12 7.5 切比雪夫逼近法设计切比雪夫逼近法设计FIR数字滤波器数字滤波器 MATLAB信号处理工具箱为用户提

6、供了 有关切比雪夫逼近算法应用的函数： l Firpm函数： 通过最佳一致逼近法设计FIR滤波器 l Firpmord函数： 估计最佳一致逼近法设计FIR滤波器的阶次 l Cfirpm函数： 任意响应法设计FIR滤波器 FIR数字滤波器的设计FIR数 字滤波 器的设 计 maltab 13 7.6 约束最小二乘法设计约束最小二乘法设计FIR数字滤波器数字滤波器 采用约束最小二乘法(Constrained Least Square，CLS)设计FIR滤波器可以不用明确定义过 渡带的幅值响应，而只需要指定截止频率、通带的 边缘频率或者阻带的边缘频率。在某些情况下，当 无法确切确定过渡带的位置时，CLS可以间接定义 过渡带，这种函数的无须指定过渡带的功能是极其 有效的。 简单地说，CLS的原理就是在给定所期望的滤 波器幅频响应情况下，寻求一个期望幅频响应的近 似响应函数，使得在整个频域上，方差达到最小。 CLS方法的关键特征就是能够使定义的幅值响应中 包含最大允许波纹的上下限值。 FIR数字滤波器的设计FIR数 字滤波 器的设 计 maltab 14 7.6 约束最小二乘法设计约束最小二乘法设计FIR数字滤波器数字滤波器 MATLAB信号处理工具箱为用户提供了 有关最小二乘算法设计FIR滤波器的函数 ： l Firls函数： 最小二乘算法设计线性相