海明窗函數(shù)法設(shè)計(jì)數(shù)字FIR帶阻濾波器.doc

XX學(xué)院物理系數(shù)字信號(hào)處理課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū) 設(shè)計(jì)題目：海明窗函數(shù)設(shè)計(jì)FIR數(shù)字高通濾波器的仿真專 業(yè)： 電子信息科學(xué)與技術(shù) 班 級(jí)： 10電科本1 學(xué)生姓名: xxx 學(xué) 號(hào): xxxxxxxxx 指導(dǎo)教師： xxxxx 2013年 5 月 20 日XX學(xué)院物理系課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)專業(yè)： 電子信息科學(xué)與技術(shù) 班級(jí)： 10電科本1 學(xué)生姓名Xxx學(xué)號(hào)2xxxxxxx課程名稱數(shù)字信號(hào)處理設(shè)計(jì)題目 海明窗函數(shù)設(shè)計(jì)FIR數(shù)字高通濾波器的仿真設(shè)計(jì)目的、主要內(nèi)容（參數(shù)、方法）及要求1、目的本課程是為了配合數(shù)字信號(hào)處理教學(xué)、加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)而開(kāi)設(shè)的，其主要作用是鞏固數(shù)字信號(hào)處理理論知識(shí)、培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力、提高其實(shí)際動(dòng)手能力。主要任務(wù)是通過(guò)一些典型的應(yīng)用，完成數(shù)字信號(hào)處理應(yīng)用設(shè)計(jì)。2、要求利用以下參數(shù)設(shè)計(jì)數(shù)字高通濾波器，要求通帶截止頻率，阻帶截止頻率。首先設(shè)計(jì)一個(gè)理想濾波器系統(tǒng)，然后用海明窗函數(shù)進(jìn)行截?cái)?，得到FIR數(shù)字濾波器。工作量1周時(shí)間（自2013年5月10日2013年5月20日）進(jìn)度安排5月10日，召開(kāi)課程設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告會(huì)，對(duì)學(xué)生題目、設(shè)計(jì)思路、設(shè)計(jì)過(guò)程、設(shè)計(jì)要求進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。 5月10日-5月12日，學(xué)生根據(jù)自己選題情況，查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，編寫(xiě)程序和設(shè)計(jì)原理框圖。 5月13日-5月18日，學(xué)生根據(jù)程序仿真結(jié)果編寫(xiě)課程設(shè)計(jì)報(bào)告。 5月19日-5月20日，學(xué)生完善課程設(shè)計(jì)報(bào)告，并提交。主要參考資料1吳大正.信號(hào)與線性系統(tǒng)分析（第四版）M.高等教學(xué)出版社,2010.2程佩青.數(shù)字信號(hào)處理（第三版）M.高等教學(xué)出版社,2010.3劉舒帆等.數(shù)字信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)（MATLAB版）M.西安電子科技大學(xué)出版社,2008指導(dǎo)教師簽字Xxxxx系主任簽字2013年 5 月 10 日摘 要數(shù)字濾波器可以理解為是一個(gè)計(jì)算程序或算法，將代表輸入信號(hào)的數(shù)字時(shí)間序列轉(zhuǎn)化為代表輸出信號(hào)的數(shù)字時(shí)間序列，并在轉(zhuǎn)化過(guò)程中，使信號(hào)按預(yù)定的形式變化。數(shù)字濾波器有多種分類(lèi)，根據(jù)數(shù)字濾波器沖激響應(yīng)的時(shí)域特征，可將數(shù)字濾波器分為兩種，即無(wú)限長(zhǎng)沖激響應(yīng)（iir）濾波器和有限長(zhǎng)沖激響應(yīng)（fir）濾波器。fir數(shù)字濾波器的單位脈沖響應(yīng)是有限長(zhǎng)序列。它的設(shè)計(jì)問(wèn)題實(shí)質(zhì)上是確定能滿足所要求的轉(zhuǎn)移序列或脈沖響應(yīng)的常數(shù)問(wèn)題，設(shè)計(jì)方法主要有窗函數(shù)法、頻率采樣法和等波紋最佳逼近法等。用窗函數(shù)設(shè)計(jì)濾波器首先要對(duì)濾波器提出性能指標(biāo)。一般是給定一個(gè)理想的頻率響應(yīng)，使所設(shè)計(jì)的FIR濾波器的頻率響應(yīng)去逼近所要求的理想的濾波器的響應(yīng)。窗函數(shù)法設(shè)計(jì)的任務(wù)在于尋找一個(gè)可實(shí)現(xiàn)（有限長(zhǎng)單位脈沖響應(yīng)）的傳遞函數(shù)。用一定寬度窗函數(shù)截取無(wú)限脈沖響應(yīng)序列獲得有限長(zhǎng)的脈沖響應(yīng)序列。數(shù)字濾波在通信、圖像編碼、語(yǔ)音編碼、雷達(dá)等許多領(lǐng)域中有著十分廣泛的應(yīng)用。目前，數(shù)字信號(hào)濾波器的設(shè)計(jì)圖像處理、數(shù)據(jù)壓縮等方面的應(yīng)用取得了令人矚目的進(jìn)展和成就。近年來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的小波理論，由于其局部分析性能的優(yōu)異在圖像處理中的應(yīng)用研究，尤其是在圖像壓縮圖像、去噪等方面的應(yīng)用研究，受到了越來(lái)越多的關(guān)注。關(guān)鍵詞：FIR 窗函數(shù) 海明窗 有限長(zhǎng)沖激響應(yīng) 高通濾波器MATLAB目 錄1 緒論1.1 數(shù)字濾波器工作原理1.2 海明窗函數(shù)定義1.3 MATLAB軟件簡(jiǎn)介2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)FIR數(shù)字濾波器的基本方法2.2 FIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)的步驟2.3窗函數(shù)法濾波器設(shè)計(jì)2.4數(shù)字濾波器一般實(shí)現(xiàn)方法2.5高通濾波器設(shè)計(jì)要求3 運(yùn)行結(jié)果3.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境3.2 開(kāi)發(fā)工具和匯編語(yǔ)言3.3 程序設(shè)計(jì)3.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果4 總結(jié)參考文獻(xiàn)1 緒論1.1數(shù)字濾波器工作原理（1）通過(guò)傅里葉逆變換獲得理想濾波器的單位脈沖響應(yīng)hd(n)。從時(shí)域出發(fā)，截取有限長(zhǎng)的一段沖擊響應(yīng)作為H(z)的系數(shù)，沖擊響應(yīng)長(zhǎng)度N就是系統(tǒng)函數(shù)H(z)的階數(shù)。只要N足夠長(zhǎng)，截取的方法合理，總能滿足頻域的要求。一般這種時(shí)域設(shè)計(jì)、頻域檢驗(yàn)的方法要反復(fù)幾個(gè)回合才能成功。要設(shè)計(jì)一個(gè)線性相位的FIR數(shù)字濾波器，首先要求理想頻率響應(yīng)。是w的周期函數(shù)，周期為，可以展開(kāi)成傅氏級(jí)數(shù)： （公式1） 其中是與理想頻響對(duì)應(yīng)的理想單位抽樣響應(yīng)序列。但不能用來(lái)作為設(shè)計(jì)FIR DF用的h(n)，因?yàn)橐话愣际菬o(wú)限長(zhǎng)、非因果的，物理上無(wú)法實(shí)現(xiàn)。為了設(shè)計(jì)出頻響類(lèi)似于理想頻響的濾波器，可以考慮用h(n)來(lái)近似。 窗函數(shù)的基本思想：先選取一個(gè)理想濾波器（它的單位抽樣響應(yīng)是非因果、無(wú)限長(zhǎng)的），再截?。ɑ蚣哟埃┧膯挝怀闃禹憫?yīng)得到線性相位因果FIR濾波器。這種方法的重點(diǎn)是選擇一個(gè)合適的窗函數(shù)和理想濾波器。 （2）由性能指標(biāo)確定窗函數(shù)W(n)和窗口長(zhǎng)度N。 設(shè)x(n)是一個(gè)長(zhǎng)序列，w(n)是長(zhǎng)度為N的窗函數(shù)，用w(n)截?cái)鄕(n)，得到N點(diǎn)序列xn(n)，即： xn(n) = x(n) w(n) （公式2） 在頻域上則有： （公式3） (3) 求得實(shí)際濾波器的單位脈沖響應(yīng)h(n)， h(n)即為所設(shè)計(jì)FIR濾波器系數(shù)向量。 （公式4） 由此可見(jiàn)，窗函數(shù)w(n)不僅僅會(huì)影響原信號(hào)x(n)在時(shí)域上的波形，而且也會(huì)影響到頻域內(nèi)的形狀。1.2海明窗函數(shù)定義為了減少頻譜能量泄漏，可采用不同的截取函數(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行截短，截短函數(shù)稱為窗函數(shù)，簡(jiǎn)稱為窗。 信號(hào)截短以后產(chǎn)生的能量泄漏現(xiàn)象是必然的，因?yàn)榇昂瘮?shù)w(t)是一個(gè)頻帶無(wú)限的函數(shù)，所以即使原信號(hào)x(t)是限帶寬信號(hào)，而在截短以后也必然成為無(wú)限帶寬的函數(shù)，即信號(hào)在頻域的能量與分布被擴(kuò)展了。又從采樣定理可知，無(wú)論采樣頻率多高，只要信號(hào)一經(jīng)截短，就不可避免地引起混疊，因此信號(hào)截短必然導(dǎo)致一些誤差。 泄漏與窗函數(shù)頻譜的兩側(cè)旁瓣有關(guān)，如果兩側(cè)瓣的高度趨于零，而使能量相對(duì)集中在主瓣，就可以較為接近于真實(shí)的頻譜，為此，在時(shí)間域中可采用不同的窗函數(shù)來(lái)截短信號(hào)。海明窗函數(shù)的時(shí)域形式可以表示為： （公式5）它的頻域特性為： （公式6）其中，為矩形窗函數(shù)的幅度頻率特性函數(shù)。海明窗函數(shù)的最大旁瓣值比主瓣值低41dB，但它和漢寧窗函數(shù)的主瓣寬度是一樣大的。調(diào)用方式： w = hamming(n)：輸入?yún)?shù)n是窗函數(shù)的長(zhǎng)度；輸出參數(shù)w是由窗函數(shù)的值組成的n階向量。w = hamming(n,sflag)：參數(shù)sflag用來(lái)控制窗函數(shù)首尾的兩個(gè)元素值；其取值為symmetric或periodic；默認(rèn)值為symmetric。1.3 MATLAB軟件簡(jiǎn)介MATLAB是矩陣實(shí)驗(yàn)室（MatrixLaboratory）之意。除具備卓越的數(shù)值計(jì)算能力外，它還提供了專業(yè)水平的符號(hào)計(jì)算，文字處理，可視化建模仿真和實(shí)時(shí)控制等功能。MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué),工程中常用的形式十分相似,故用MATLAB來(lái)解算問(wèn)題要比用C,FORTRAN等語(yǔ)言完相同的事情簡(jiǎn)捷得多.MATLAB擁有數(shù)百個(gè)內(nèi)部函數(shù)的主包和三十幾種工具包(Toolbox).工具包又可以分為功能性工具包和學(xué)科工具包.功能工具包用來(lái)擴(kuò)充MATLAB的符號(hào)計(jì)算,可視化建模仿真,文字處理及實(shí)時(shí)控制等功能.學(xué)科工具包是專業(yè)性比較強(qiáng)的工具包,控制工具包,信號(hào)處理工具包,通信工具包等都屬于此類(lèi).開(kāi)放性使MATLAB廣受用戶歡迎.除內(nèi)部函數(shù)外,所有MATLAB主包文件和各種工具包都是可讀可修改的文件,用戶通過(guò)對(duì)源程序的修改或加入自己編寫(xiě)程序構(gòu)造新的專用工具包。語(yǔ)言特點(diǎn)一種語(yǔ)言之所以能如此迅速地普及，顯示出如此旺盛的生命力，是由于它有著不同于其他語(yǔ)言的特點(diǎn)，正如同F(xiàn)ORTRAN和C等高級(jí)語(yǔ)言使人們擺脫了需要直接對(duì)計(jì)算機(jī)硬件資源進(jìn)行操作一樣，被稱作為第四代計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的MATLAB，利用其豐富的函數(shù)資源，使編程人員從繁瑣的程序代碼中解放出來(lái)。MATLAB最突出的特點(diǎn)就是簡(jiǎn)潔。MATLAB用更直觀的，符合人們思維習(xí)慣的代碼，代替了C和FORTRAN語(yǔ)言的冗長(zhǎng)代碼。MATLAB給用戶帶來(lái)的是最直觀，最簡(jiǎn)潔的程序開(kāi)發(fā)環(huán)境。以下簡(jiǎn)單介紹一下MATLAB的主要特點(diǎn)：a.語(yǔ)言簡(jiǎn)潔緊湊，使用方便靈活，庫(kù)函數(shù)極其豐富。MATLAB程序書(shū)寫(xiě)形式自由，利用起豐富的庫(kù)函數(shù)避開(kāi)繁雜的子程序編程任務(wù)，壓縮了一切不必要的編程工作。由于庫(kù)函數(shù)都由本領(lǐng)域的專家編寫(xiě)，用戶不必?fù)?dān)心函數(shù)的可靠性。可以說(shuō)，用MATLAB進(jìn)行科技開(kāi)發(fā)是站在專家的肩膀上。b.運(yùn)算符豐富。由于MATLAB是用C語(yǔ)言編寫(xiě)的，MATLAB提供了和C語(yǔ)言幾乎一樣多的運(yùn)算符，靈活使用MATLAB的運(yùn)算符將使程序變得極為簡(jiǎn)短。c.MATLAB既具有結(jié)構(gòu)化的控制語(yǔ)句（如for循環(huán)，while循環(huán)，break語(yǔ)句和if語(yǔ)句），又有面向?qū)ο缶幊痰奶匦?。d.程序限制不嚴(yán)格，程序設(shè)計(jì)自由度大。例如，在MATLAB里，用戶無(wú)需對(duì)矩陣預(yù)定義就可使用。e.程序的可移植性很好，基本上不做修改就可以在各種型號(hào)的計(jì)算機(jī)和操作系統(tǒng)上運(yùn)行。f. MATLAB的圖形功能強(qiáng)大。在FORTRAN和C語(yǔ)言里，繪圖都很不容易，但在MATLAB里，數(shù)據(jù)的可視化非常簡(jiǎn)單。MATLAB還具有較強(qiáng)的編輯圖形界面的能力。g.MATLAB的缺點(diǎn)是，它和其他高級(jí)程序相比，程序的執(zhí)行速度較慢。由于MATLAB的程序不用編譯等預(yù)處理，也不生成可執(zhí)行文件，程序?yàn)榻忉寛?zhí)行，所以速度較慢。h.功能強(qiáng)大的工具箱是MATLAB的另一特色。MATLAB包含兩個(gè)部分：核心部分和各種可選的工具箱。核心部分中有數(shù)百個(gè)核心內(nèi)部函數(shù)。其工具箱又分為兩類(lèi)：功能性工具箱和學(xué)科性工具箱。功能性工具箱主要用來(lái)擴(kuò)充其符號(hào)計(jì)算功能，圖示建模仿真功能，文字處理功能以及與硬件實(shí)時(shí)交互功能。功能性工具箱用于多種學(xué)科。而學(xué)科性工具箱是專業(yè)性比較強(qiáng)的，如control,toolbox,signl proceessing toolbox,commumnication toolbox等。這些工具箱都是由該領(lǐng)域內(nèi)學(xué)術(shù)水平很高的專家編寫(xiě)的，所以用戶無(wú)需編寫(xiě)自己學(xué)科范圍內(nèi)的基礎(chǔ)程序，而直接進(jìn)行高、精、尖的研究。j.源程序的開(kāi)放性。開(kāi)放性也許是MATLAB最受人們歡迎的特點(diǎn)。除內(nèi)部函數(shù)以外，所有MATLAB的核心文件和工具箱文件都是可讀可改的源文件，用戶可通過(guò)對(duì)源文件的修改以及加入自己的文件構(gòu)成新的工具箱。2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)FIR數(shù)字濾波器的基本方法FIR數(shù)字濾波器的系統(tǒng)函數(shù)無(wú)分母，為，系統(tǒng)頻率響應(yīng)可寫(xiě)成：，令=，H(w)為幅度函數(shù)，稱為相位函數(shù)。這與模和輻角的表示方法不同，H(w)為可為正可為負(fù)的實(shí)數(shù)，這是為了表達(dá)上的方便。如某系統(tǒng)頻率響應(yīng) =sin4w,如果采用模和幅角的表示方法，sin4w的變號(hào)相當(dāng)于在相位上加上（因-1= ），從而造成相位曲線的不連貫和表達(dá)不方便，用則連貫而方便。 窗函數(shù)法又稱傅里葉級(jí)數(shù)法，其設(shè)計(jì)是在時(shí)域進(jìn)行的。函數(shù)一般是無(wú)限長(zhǎng)且非因果的，設(shè)計(jì)時(shí)需用一個(gè)合適的窗函數(shù)把截成有限長(zhǎng)的因果序列，使對(duì)應(yīng)的頻率響應(yīng)（的傅里葉變換）盡可能好地逼近理想頻率響應(yīng)。窗函數(shù)法的主要缺點(diǎn)是：一、不容易設(shè)計(jì)預(yù)先給定截止頻率的濾波器；二、滿足同樣設(shè)計(jì)指標(biāo)的情況下所設(shè)計(jì)出的濾波器的階數(shù)通常偏大。2.2 FIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)的步驟首先確定技術(shù)指標(biāo)，在設(shè)計(jì)一個(gè)濾波器之前,必須首先根據(jù)工程實(shí)際的需要確定濾波器的技術(shù)指標(biāo)。在很多實(shí)際應(yīng)用中,數(shù)字濾波器常被用來(lái)實(shí)現(xiàn)選頻操作。因此,指標(biāo)的形式一般在頻域中給出幅度和相位響應(yīng)。幅度指標(biāo)主要以2種方式給出。第一種是絕對(duì)指標(biāo)。他提供對(duì)幅度響應(yīng)函數(shù)的要求,一般應(yīng)用于FIR濾波器的設(shè)計(jì)。第二種指標(biāo)是相對(duì)指標(biāo)。他以分貝值的形式給出要求。本文中濾波器的設(shè)計(jì)就以線性相位FIR濾波器的設(shè)計(jì)為例。 確定了技術(shù)指標(biāo)后,就可以建立一個(gè)目標(biāo)的數(shù)字濾波器模型（通常采用理想的數(shù)字濾波器模型）。之后,利用數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法（窗函數(shù)法、頻率采樣法等）,設(shè)計(jì)出一個(gè)實(shí)際濾波器模型來(lái)逼近給定的目標(biāo)。 然后進(jìn)行性能分析和計(jì)算機(jī)仿真，上兩步的結(jié)果是得到以差分或系統(tǒng)函數(shù)或沖激響應(yīng)描述的濾波器。根據(jù)這個(gè)描述就可以分析其頻率特性和相位特性,以驗(yàn)證設(shè)計(jì)結(jié)果是否滿足指標(biāo)要求;或者利用計(jì)算機(jī)仿真實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的濾波器,再分析濾波結(jié)果來(lái)判斷。2.3窗函數(shù)法濾波器設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)FIR數(shù)字濾波器的最簡(jiǎn)單的方法是窗函數(shù)法，通常也稱之為傅立葉級(jí)數(shù)法。FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)首先給出要求的理想濾波器的頻率響應(yīng),設(shè)計(jì)一個(gè)FIR數(shù)字濾波器頻率響應(yīng)，去逼近理想的濾波響應(yīng)。然而，窗函數(shù)法設(shè)計(jì)FIR數(shù)字濾波器是在時(shí)域進(jìn)行的，因而必須由理想的頻率響應(yīng)推導(dǎo)出對(duì)應(yīng)的單位取樣響應(yīng)，再設(shè)計(jì)一個(gè)FIR數(shù)字濾波器的單位取樣響應(yīng)去逼近。設(shè)計(jì)過(guò)程如下： （公式7）加窗的作用是通過(guò)把理想濾波器的無(wú)限長(zhǎng)脈沖響應(yīng)乘以窗函數(shù)來(lái)產(chǎn)生一個(gè)被截?cái)嗟拿}沖響應(yīng)，即并且對(duì)頻率響應(yīng)進(jìn)行平滑。FIR濾波器單位沖激響應(yīng)h(n)：其單位沖激響應(yīng)h(n)是有限長(zhǎng)(),系統(tǒng)函數(shù)為： (公式8)在有限Z平面有(N-1)個(gè)零點(diǎn)，而它的(N-1)個(gè)極點(diǎn)均位于原點(diǎn)z=0處。FIR濾波器線性相位的特點(diǎn)：如果FIR濾波器的單位抽樣響應(yīng)h(n)為實(shí)數(shù)，而且滿足以下任一條件： 偶對(duì)稱h(n)h(N-1-n) 奇對(duì)稱h(n)-h(N-1-n)其對(duì)稱中心在n(N-1)/2處，則濾波器具有準(zhǔn)確的線性相位。窗函數(shù)主要用來(lái)減少序列因截?cái)喽a(chǎn)生的Gibbs效應(yīng)。但當(dāng)這個(gè)窗函數(shù)為矩形時(shí)，得到的FIR濾波器幅頻響應(yīng)會(huì)有明顯的Gibbs效應(yīng)，并且任意增加窗函數(shù)的長(zhǎng)度（即FIR濾波器的抽頭數(shù)）Gibbs效應(yīng)也不能得到改善。為了克服這種現(xiàn)象,窗函數(shù)應(yīng)該使設(shè)計(jì)的濾波器：（1） 頻率特性的主瓣寬度應(yīng)盡量窄,且盡可能將能量集中在主瓣內(nèi)；（2） 窗函數(shù)頻率特性的旁瓣趨于 的過(guò)程中，其能量迅速減小為零。 在實(shí)際工程中常用的窗函數(shù)有五種，即矩形窗、三角窗、漢寧窗、海明窗和凱澤窗。這些窗函數(shù)在MATLAB中分別用boxcar、triang、hanning、hamming、kaiser實(shí)現(xiàn)。2.4數(shù)字濾波器一般實(shí)現(xiàn)方法用計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)：軟件實(shí)現(xiàn)方法即是在通用的微型計(jì)算機(jī)上用軟件實(shí)現(xiàn)。利用計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器、運(yùn)算器和控制器把濾波所要完成的運(yùn)算編成程序通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)執(zhí)行，軟件可由使用者自己編寫(xiě)，也可以使用現(xiàn)成的。國(guó)內(nèi)外的研究機(jī)構(gòu)、公司已經(jīng)推出了不同語(yǔ)言的信號(hào)濾波處理軟件包。但是這種方法速度慢，難以對(duì)信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，雖然可以用快速傅立葉變換算法來(lái)加快計(jì)算速度，但要達(dá)到實(shí)時(shí)處理要付出很高的代價(jià)，因而該方法多用于教學(xué)與科研。采用DSP處理器來(lái)實(shí)現(xiàn)：DSP處理器是專為數(shù)字信號(hào)處理而設(shè)計(jì)的，如TI公司的TMS320CX系列，AD公司的ADSP2IX, ADSP210X系列等。它的主要數(shù)字運(yùn)算單元是一個(gè)乘累加器，能夠在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)完成一次乘累加運(yùn)算，配有適合于信號(hào)處理的指令，具備獨(dú)特的循環(huán)尋址和倒序?qū)ぶ纺芰?。這些特點(diǎn)都非常適合數(shù)字信號(hào)處理中的濾波器設(shè)計(jì)的有效實(shí)現(xiàn)，并且它的速度快，成本低，在過(guò)去的20多年的時(shí)間里，軟件可編程的DSP器件幾乎統(tǒng)治了商用數(shù)字信號(hào)處理硬件的市場(chǎng)。用DSP芯片實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波除了具有穩(wěn)定性好、精確度高、不受環(huán)境影響外，還具有靈活性好的特點(diǎn)。用可編程DSP芯片實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波可通過(guò)修改濾波器的參數(shù)十分方便的改變?yōu)V波器的特性。采用固定功能的專用信號(hào)處理器實(shí)現(xiàn):專用信號(hào)處理器采用專用集成電路ASIC(Application Specific Integrated Circuits)來(lái)實(shí)現(xiàn)，適用于過(guò)程固定而又追求高速的信號(hào)處理任務(wù)，是以指定的算法來(lái)確定它的結(jié)構(gòu)，使用各種隨機(jī)邏輯器件組成的信號(hào)處理器。它們體積小、保密性好，具有極高的性能，然而靈活性差。用FPGA等可編程器件實(shí)現(xiàn):使用相關(guān)開(kāi)發(fā)工具和VHDL等硬件開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，通過(guò)軟件編程用硬件實(shí)現(xiàn)特定數(shù)字濾波算法。這一方法由于具有通用性的特點(diǎn)并可以實(shí)現(xiàn)算法的并行運(yùn)算，無(wú)論是作為獨(dú)立的數(shù)字信號(hào)處理，還是作為DSP芯片協(xié)作處理器,都是比較活躍的研究領(lǐng)域。如今，F(xiàn)PGA已成為數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的核心器件，尤其在數(shù)字通信、網(wǎng)絡(luò)、視頻和圖像處理等領(lǐng)域?，F(xiàn)在的FPGA不僅包含查找表、寄存器、多路復(fù)用器、分布式塊存儲(chǔ)器，而且還嵌入專用的快速加法器、乘法器和輸入，輸出設(shè)備。FPGA具有實(shí)現(xiàn)高速并行運(yùn)算的能力，因而成為高性能數(shù)字信號(hào)處理的理想器件。此外，與專用集成電路(ASIC)相比，F(xiàn)PGA具有可重復(fù)編程的優(yōu)點(diǎn)。在數(shù)字多普勒接收機(jī)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，根據(jù)接收機(jī)的性能要求以及所選用的FPGA器件資源，選取最優(yōu)的FlR濾波器實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)。隨著FPGA查找技術(shù)的發(fā)展，具有較快的濾波速度和消耗較少資源的DA算法在FIR數(shù)字濾波領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。2.5高通濾波器設(shè)計(jì)要求利用海明窗函數(shù)設(shè)計(jì)FIR數(shù)字高通濾波器的仿真，要求通帶截止頻率，阻帶截止頻率。首先設(shè)計(jì)一個(gè)理想濾波器系統(tǒng)，然后用漢寧窗函數(shù)進(jìn)行截?cái)啵玫紽IR數(shù)字濾波器。3 運(yùn)行結(jié)果3.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境PC機(jī) MATLAB3.2 開(kāi)發(fā)工具和匯編語(yǔ)言MATLAB語(yǔ)言3.3 程序設(shè)計(jì)wp=0.75*pi; ws=0.48*pi; %輸入設(shè)計(jì)指標(biāo)deltaw=wp-ws; %計(jì)算過(guò)渡帶的寬度N0=ceil(6.6*pi/deltaw); %按海明窗計(jì)算濾波長(zhǎng)度NON=N0+mod(N0+1,2)windows=(hamming(N); %使用海明窗，并將列向量變?yōu)樾邢蛄縲c=(ws+wp)/2; %截止頻率取通阻帶頻率的平均值 hd=ideal_lp(pi,N)-ideal_lp(wc,N); %建立理想高通濾波器b=hd.*windows; %求fir系統(tǒng)函數(shù)系數(shù)db,mag,pha,grd,w=freqz_m(b,1); %求解頻率特性n=0:N-1;dw=2*pi/1000; %dw為頻率分辨率，將02分為1000份subplot(2,2,1),stem(n,b); axis(0,N,1.1*min(b),1.1*max(b); subplot(2,2,2),stem(n,windows); axis(0,N,0,1.1);subplot(2,2,3),plot(w/pi,db); axis(0,1,-150,10);subplot(2,2,4),plot(w/pi,pha); axis(0,1,-4,4);function hd=ideal_lp(wc,N) %hd=點(diǎn)0到N-1之間的理想脈沖響應(yīng)tao=(N-1)/2;n=0:(N-1);m=n-tao+eps; %加一個(gè)小數(shù)以避免0作除數(shù)hd=sin(wc*m)./(pi*m);functiondb,mag,pha,grd,w=freqz_m(b,a); %給定FIR濾波器系數(shù)H,w=freqz(b,a,1000,whole);H=(H(1:501);w=(w(1:501);mag=abs(H);db=20*log10(mag+eps)/max(mag);pha=angle(H);grd=grpdelay(b,a,w);3.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果（圖1）海明窗函數(shù)設(shè)計(jì)的高通濾波器仿真結(jié)果截圖（圖2）海明窗函數(shù)設(shè)計(jì)的高通濾波器響應(yīng)圖4 總結(jié)通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)使我更加扎實(shí)的掌握了有關(guān)數(shù)字濾波器方面的知識(shí)，在這次課程設(shè)計(jì)中雖然遇到了很多的困難，但是經(jīng)過(guò)一次又一次的查閱資料一次一次的認(rèn)真思考，終于找出了原因。這次課程設(shè)計(jì)使我了解到知識(shí)還是需要通過(guò)實(shí)踐才能真正的掌握住精髓。從查找資料，題目選定，到最后的實(shí)踐成稿。正是在這其中學(xué)到了很多的東西，使我弄明白了不少的知識(shí)，也學(xué)到了不少的東西。我最大的收獲是掌握了濾波器設(shè)計(jì)的步驟和方法。做課程設(shè)計(jì)是為了加深我們對(duì)平時(shí)學(xué)習(xí)的理論知識(shí)的理解，在理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)基礎(chǔ)上進(jìn)一步鞏固所學(xué)基本理論和提高應(yīng)用所學(xué)知識(shí)并加以綜合應(yīng)用的能力，培養(yǎng)我們將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際的思想，提高分析和解決問(wèn)題的能力，增強(qiáng)我們的綜合能力，開(kāi)發(fā)我們的智力，激發(fā)我們的創(chuàng)新精神，為畢業(yè)設(shè)計(jì)和以后工作打下必要基礎(chǔ)。學(xué)習(xí)的過(guò)程是相互討論共同進(jìn)步的，多多討論課題中遇到的問(wèn)題，可以鞏固我們的知識(shí)掌握能力，增加熟練運(yùn)用度。既鞏固了在課堂上學(xué)習(xí)的知識(shí)，也在查找資料的過(guò)程中也學(xué)到了很多課本上沒(méi)有學(xué)習(xí)到的知識(shí)，可以說(shuō)是收獲頗豐，提高了自己獨(dú)立思考能力和動(dòng)手能力。 另外，采用MATLAB設(shè)計(jì)濾波器，使原來(lái)非常繁瑣復(fù)雜的程序設(shè)計(jì)變成了簡(jiǎn)單的函數(shù)調(diào)用，為濾波器的設(shè)和實(shí)現(xiàn)開(kāi)辟了廣闊的天地，尤其是Matlab工具箱使各個(gè)領(lǐng)域的研究人員可以直觀方便地進(jìn)行科學(xué)研究與工程應(yīng)用。其中的信號(hào)處理工具箱、圖像處理工具箱、小波工具箱等更是為數(shù)字濾波研究的蓬勃發(fā)展提供了可能。MATLAB 信號(hào)處理工具箱為濾波器設(shè)計(jì)及分析提供了非常優(yōu)秀的輔助設(shè)計(jì)工具, 在設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器時(shí), 善于應(yīng)用MATLAB進(jìn)行輔助設(shè)計(jì), 能夠大大提高設(shè)計(jì)效率。參 考 文 獻(xiàn)1程佩青.數(shù)字信號(hào)處理（第三版）M.高等教學(xué)出版社,2010.2劉舒帆等.數(shù)字信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)（MATLAB版）M.西安電子科技大學(xué)出版社,2008.3郭仕劍等.MATLAB 7.x數(shù)字信號(hào)處理，人民郵電出版社，2006年.4吳大正.信號(hào)與線性系統(tǒng)分析（第四版）M.高等教學(xué)出版社,2010.專業(yè)課程設(shè)計(jì)心得體