用matlab制作带通滤波器

学科分类号(二级)510.8020

本科学生毕业论文(设计)

题　　目　用MATLAB设计带通滤波器

姓　　名　　　杨 洪 斌

学　　号　　　074090092

院、　系　　　物理与电子信息学院

专　　业　　　物理学

指导教师　　　王六玲

职称(学历)　副教授

用 MATLAB设计带通滤波器

摘要：关于滤波器设计的传统思路本文借助Matlab 软件中滤波器设计工具探讨一种为简洁高效的设计方式。滤波器MATLAB；设计工具随着信息科学与计算技术的迅速发展，数字信号处理的理论与应用得到飞跃式发展，形成了一门极为重要的学科[1]。滤波技术是信号分析、处理技术的重要分支。无论是信号的获取、传输, 还是信号的处理和交换都离不开滤波技术,它对信号安全可靠和有效灵活地传递是至关重要的。滤波技术是极为敏感与热门的课题, 对滤波器的研制也历来为各国所重视[]。1.2 滤波器

滤波器，顾名思义，其作用是对输入信号起到滤波的作用，数字滤波器可以理解为是一个计算程序或算法，将代表输入信号的数字时间序列转化为代表输出信号的数字时间序列，并在转化过程中，使信号按预定的形式变化。数字滤波器有多种分类，根据数字滤波器冲激响应的时域特征，可将数字滤波器分为两种，即无限长冲激响应()滤波器和有限长冲激响应()滤波器。

数字滤波器具有无限宽的冲激响应，与模拟滤波器相匹配。所以iir滤波器的设计可以采取在模拟滤波器设计的基础上进一步变换的方法。数字滤波器的单位脉冲响应是有限长序列。它的设计问题实质上是确定能满足所要求的转移序列或脉冲响应的常数问题，设计方法主要有窗函数法、频率采样法和等波纹最佳逼近法等。

我们平时所要设计的数字滤波器，阶数和类型并不一定是完全给定的，很多时候都是要根据设计要求和滤波效果不断的调整，以达到设计的最优化。在这种情况下，滤波器的设计就要进行大量复杂的运算，单纯的靠公式计算和编制简单的程序很难在短时间内完成设计。利用强大的计算功能进行计算机辅助设计可以快速有效的设计数字滤波器，大大的简化了计算量直观简便。频率分量、但将其他范围的频率分量衰减到极低水平的滤波器，与带阻滤波器的概念相对。一个模拟带通滤波器的例子是电阻-电感-电容电路(RLC circuit)。这些滤波器也可以用低通滤波器同高通滤波器组合来产生。

除了电子学和信号处理领域之外，带通滤波器应用的一个例子是在大气科学领域，很常见的例子是使用带通滤波器过滤最近3到10天时间范围内的天气数据，这样在数据域中就只保留了作为扰动的气旋。还有，许多音响装置的频谱分析器均使用此电路作为带通滤波器，以选出各个不同频段的信号，在显示上利用发光二极管点亮的多少来指示出信号幅度的大小。滤波器是一种用来过滤时间离散信号的数字系统，通过对抽样数据进行数学处理来达到频域滤波的目的在高保真的信号处理，如数字音频、图像处理、数据传输、生物医学等领域得到广泛应用。2 滤波器设计工具

2.1 基本功能

滤波器设计工具以MATLAB的计算环境和信号处理工具箱(SPTool) 为基础。主要功能包括仿真分析滤波器FFT 和IFFT 计算、滤波器设计计算(包括自适应滤波器)支持滤波器的频带变换。操作该工具可以设计出满足各种性能指标的滤波器并可方便的查看它们的各性能分析图形。设计完成后可以把其系数结果直接出为MATLAB 变量保存记录。2.2 基本操作

在安装了MATLAB的PC 机上运行该软件,在其命令窗口输入FDA Tool 便可打开该设计工具,如图1 所示:

图1 滤波器设计分析工具

Fig.1 filter design analysis tools

FDA Tool界面总共分两大部分，一部分是design filter，在界面的下半部，用来设置滤波器的设计参数，另一部分则是特性区，在界面的上半部分，用来显示滤波器的各种特性。design filter部分主要分为：

filter type(滤波器类型)选项，包括lowpass(低通)、highpass(高通)、bandpass(带通)、bandstop(带阻)和特殊的fir滤波器。

design method(设计方法)选项，包括iir滤波器的butterworth(巴特沃思)法、chebyshev type i(切比雪夫i型)法、 chebyshev type ii(切比雪夫ii型) 法、elliptic(椭圆滤波器)法和fir滤波器的equiripple法、least-squares(最小乘方)法、window(窗函数)法。

filter order(滤波器阶数)选项，定义滤波器的阶数，包括specify order(指定阶数)