MATLAB数字滤波器设计与实现
在数字控制系统中输入信号所含的干扰往往会对系统的性能产生很大的影响，因此需要对输入信号进行处理，以提取有用信号，其中有限长冲激响应（FIR）数字滤波器在数字信号处理中发挥着重要作用。
本文采用Matlab软件对常用FIR数字低通滤波器进行了简单的设计与仿真，设计过程中根据给定的设计指标分别采用了窗函数法、频率取样法和优化设计方法，通过调用Matlab函数设计FIR数字滤波器，并绘制出对应的幅频特性曲线。最后，利用Matlab环境下的Simulink仿真系统对所设计的滤波器进行简单的仿真测试，实验结果表明数字滤波器在滤噪方面能取得很好的效果。 HM000098
综上所述，利用Matlab设计滤波器,可以按照设计要求非常方便地调整设计参数,极大地减轻了设计的工作量,有利于滤波器设计的最优化。Matlab因其强大的数据处理功能被广泛应用于工程计算,其丰富的工具箱为工程计算提供了便利,利用Matlab信号处理工具箱可以快速有效地设计各种数字滤波器,设计简单方便。关键词： FIR数字滤波器；仿真；窗函数法；频率取样法；优化设计方法
1.语音处理
语音处理是最早应用数字滤波器的领域之一，也是最早推动数字信号处理理论发展的领域之一。
功能 实现方法
语音信号分析 对语音信号的波形特征、统计特性、模型参数等进行分析计算
语音合成 利用专用数字硬件或在通用计算机上运行软件来产生语音
语音识别 用专用硬件或计算机识别人讲的话，或者识别说话的人
语音增强 从噪音或干扰中提取被掩盖的语音信号
语音编码 主要用于语音数据压缩，目前已经建立了一系列语音编码的国际标准，大量用于通信和音频处理
上图讲述了语音处理的常见功能。近年来，这5个方面都取得了不少研究成果，并且，在市场上已出现了一些相关的软件和硬件产品，例如，盲人阅读机、哑人语音合成器、口授打印机、语音应答机，各种会说话的仪器和玩具，以及通信和视听产品大量使用的音频压缩编码技术。
2.图像处理
数字滤波技术以成功地应用于静止图像和活动图像的恢复和增强、数据压缩、去噪音和干扰、图像识别以及层析X射线摄影，还成功地应用于雷达、声纳、超声波和红外信号的可见图像成像。
3.通信查看完整请+Q:351916072获取
在现代通信技术领域内，几乎没有一个分支不受到数字滤波技术的影响。信源编码、信道编码、调制、多路复用、数据压缩以及自适应信道均衡等，都广泛地采用数字滤波器，特别是在数字通信、网络通信、图像通信、多媒体通信等应用中，离开了数字滤波器,几乎是寸步难行[3]。其中，被认为是通信技术未来发展方向的软件无线电技术，更是以数字滤波技术为基础。
4.电视
数字电视取代模拟电视已是必然趋势。高清晰度电视的普及指日可待，与之配套的视频光盘技术已形成具有巨大市场的产业；可视电话和会议电视产品不断更新换代。视频压缩和音频压缩技术所取得的成就和标准化工作，促成了电视领域产业的蓬勃发展，而数字滤波器及其相关技术是视频压缩和音频压缩技术的重要基础。
5.雷达
雷达信号占有的频带非常宽，数据传输速率也非常高，因而压缩数据量和降低数据传输速率是雷达信号数字处理面临的首要问题。告诉数字器件的出现促进了雷达信号处理技术的进步。在现代雷达系统中，数字信号处理部分是不可缺少的，因为从信号的产生、滤波、加工到目标参数的估计和目标成像显示都离不开数字滤波技术。雷达信号的数字滤波器是当今十分活跃的研究领域之一。
6.声纳
声纳信号处理分为两大类，即有源声纳信号处理和无源声纳信号处理，有源声纳系统涉及的许多理论和技术与雷达系统相同。例如，他们都要产生和发射脉冲式探测信号，他们的信号处理任务都主要是对微弱的目标回波进行检测和分析，从而达到对目标进行探测、定位、跟踪、导航、成像显示等目的，他们要应用到的主要信号处理技术包括滤波、门限比较、谱估计等。
7.生物医学信号处理
数字滤波器在医学中的应用日益广泛，如对脑电图和心电图的分析、层析X射线摄影的计算机辅助分析、胎儿心音的自适应检测等。
8.音乐
数字滤波器为音乐领域开辟了一个新局面，在对音乐信号进行编辑、合成、以及在音乐中加入交混回响、合声等特殊效果特殊方面，数字滤波技术都显示出了强大的威力。数字滤波器还可用于作曲、录音和播放，或对旧录音带的音质进行恢复等[14]。
9.其他领域
数字滤波器的应用领域如此广泛，以至于想完全列举他们是根本不可能的，除了以上几个领域外，还有很多其他的应用领域。例如，在军事上被大量应用于导航、制导、电子对抗、战场侦察；在电力系统中被应用于能源分布规划和自动检测；在环境保护中被应用于对空气污染和噪声干扰的自动监测，在经济领域中被应用于股票市场预测和经济效益分析，等等。
摘要Ⅰ查看完整请+Q:351916072获取
ABSTRACTⅡ
第1章 绪论1
1.1数字滤波器的研究背景与意义.1
1.2数字滤波器的实现方法.4
第二章 仿真工具简介.5
2.1 MATLAB的简介5
2.2 信号处理工具箱.7
2.3 Simulink功能及应用9
第三章 FIR数字滤波器建模与设计.13
3.1 FIR数字滤波器的模型与结构13
3.2 窗函数法15
3.3 频率取样法18
3.4 优化设计方法21
第四章 FIR数字滤波器的Matlab实现与仿真调试23
4.1 窗函数法的Matlab实现.23
4.2 频率取样法的Matlab实现.26
4.3 优化设计法的Matlab实现.29
4.4 利用simulink对数字滤波器进行仿真.32
第五章 总结与展望.34
参考文献.35
致谢37
附录38
英文原文.44
中文翻译.50 查看完整请+Q:351916072获取
本文采用Matlab软件对常用FIR数字低通滤波器进行了简单的设计与仿真，设计过程中根据给定的设计指标分别采用了窗函数法、频率取样法和优化设计方法，通过调用Matlab函数设计FIR数字滤波器，并绘制出对应的幅频特性曲线。最后，利用Matlab环境下的Simulink仿真系统对所设计的滤波器进行简单的仿真测试，实验结果表明数字滤波器在滤噪方面能取得很好的效果。 HM000098
综上所述，利用Matlab设计滤波器,可以按照设计要求非常方便地调整设计参数,极大地减轻了设计的工作量,有利于滤波器设计的最优化。Matlab因其强大的数据处理功能被广泛应用于工程计算,其丰富的工具箱为工程计算提供了便利,利用Matlab信号处理工具箱可以快速有效地设计各种数字滤波器,设计简单方便。关键词： FIR数字滤波器；仿真；窗函数法；频率取样法；优化设计方法
1.语音处理
语音处理是最早应用数字滤波器的领域之一，也是最早推动数字信号处理理论发展的领域之一。
功能 实现方法
语音信号分析 对语音信号的波形特征、统计特性、模型参数等进行分析计算
语音合成 利用专用数字硬件或在通用计算机上运行软件来产生语音
语音识别 用专用硬件或计算机识别人讲的话，或者识别说话的人
语音增强 从噪音或干扰中提取被掩盖的语音信号
语音编码 主要用于语音数据压缩，目前已经建立了一系列语音编码的国际标准，大量用于通信和音频处理
上图讲述了语音处理的常见功能。近年来，这5个方面都取得了不少研究成果，并且，在市场上已出现了一些相关的软件和硬件产品，例如，盲人阅读机、哑人语音合成器、口授打印机、语音应答机，各种会说话的仪器和玩具，以及通信和视听产品大量使用的音频压缩编码技术。
2.图像处理
数字滤波技术以成功地应用于静止图像和活动图像的恢复和增强、数据压缩、去噪音和干扰、图像识别以及层析X射线摄影，还成功地应用于雷达、声纳、超声波和红外信号的可见图像成像。
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在现代通信技术领域内，几乎没有一个分支不受到数字滤波技术的影响。信源编码、信道编码、调制、多路复用、数据压缩以及自适应信道均衡等，都广泛地采用数字滤波器，特别是在数字通信、网络通信、图像通信、多媒体通信等应用中，离开了数字滤波器,几乎是寸步难行[3]。其中，被认为是通信技术未来发展方向的软件无线电技术，更是以数字滤波技术为基础。
4.电视
数字电视取代模拟电视已是必然趋势。高清晰度电视的普及指日可待，与之配套的视频光盘技术已形成具有巨大市场的产业；可视电话和会议电视产品不断更新换代。视频压缩和音频压缩技术所取得的成就和标准化工作，促成了电视领域产业的蓬勃发展，而数字滤波器及其相关技术是视频压缩和音频压缩技术的重要基础。
5.雷达
雷达信号占有的频带非常宽，数据传输速率也非常高，因而压缩数据量和降低数据传输速率是雷达信号数字处理面临的首要问题。告诉数字器件的出现促进了雷达信号处理技术的进步。在现代雷达系统中，数字信号处理部分是不可缺少的，因为从信号的产生、滤波、加工到目标参数的估计和目标成像显示都离不开数字滤波技术。雷达信号的数字滤波器是当今十分活跃的研究领域之一。
6.声纳
声纳信号处理分为两大类，即有源声纳信号处理和无源声纳信号处理，有源声纳系统涉及的许多理论和技术与雷达系统相同。例如，他们都要产生和发射脉冲式探测信号，他们的信号处理任务都主要是对微弱的目标回波进行检测和分析，从而达到对目标进行探测、定位、跟踪、导航、成像显示等目的，他们要应用到的主要信号处理技术包括滤波、门限比较、谱估计等。
7.生物医学信号处理
数字滤波器在医学中的应用日益广泛，如对脑电图和心电图的分析、层析X射线摄影的计算机辅助分析、胎儿心音的自适应检测等。
8.音乐
数字滤波器为音乐领域开辟了一个新局面，在对音乐信号进行编辑、合成、以及在音乐中加入交混回响、合声等特殊效果特殊方面，数字滤波技术都显示出了强大的威力。数字滤波器还可用于作曲、录音和播放，或对旧录音带的音质进行恢复等[14]。
9.其他领域
数字滤波器的应用领域如此广泛，以至于想完全列举他们是根本不可能的，除了以上几个领域外，还有很多其他的应用领域。例如，在军事上被大量应用于导航、制导、电子对抗、战场侦察；在电力系统中被应用于能源分布规划和自动检测；在环境保护中被应用于对空气污染和噪声干扰的自动监测，在经济领域中被应用于股票市场预测和经济效益分析，等等。
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ABSTRACTⅡ
第1章 绪论1
1.1数字滤波器的研究背景与意义.1
1.2数字滤波器的实现方法.4
第二章 仿真工具简介.5
2.1 MATLAB的简介5
2.2 信号处理工具箱.7
2.3 Simulink功能及应用9
第三章 FIR数字滤波器建模与设计.13
3.1 FIR数字滤波器的模型与结构13
3.2 窗函数法15
3.3 频率取样法18
3.4 优化设计方法21
第四章 FIR数字滤波器的Matlab实现与仿真调试23
4.1 窗函数法的Matlab实现.23
4.2 频率取样法的Matlab实现.26
4.3 优化设计法的Matlab实现.29
4.4 利用simulink对数字滤波器进行仿真.32
第五章 总结与展望.34
参考文献.35
致谢37
附录38
英文原文.44
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