fir数字滤波器的matlab实现(附件)【字数：8887】
摘 要有限长冲击响应（Finite Impulse Response，FIR）数字滤波器是由数字乘法器、加法器和延时单元组成的一种装置。数字滤波器的功能是对输入离散信号的数字代码进行运算处理，以达到改变信号频谱的目的。其设计简单、实用，具有线性相位，并且稳定性好，可具备任意的幅度特性。这些特点极大地满足了的设计需求，因此在很多工程和技术领域，FIR数字滤波器得到了普遍认可和广泛应用。本文主要集中于介绍了FIR数字滤波器的结构、分类、概念和它本身具有线性相位的条件，以及设计原理，并且对于窗函数法、频率采样法设计FIR数字滤波器的原理、思路和设计的过程进行了详细介绍。在理解设计方法的基础上，最后基于MATLAB软件进行设计实现滤波器，并进行仿真。仿真结果表明，所设计的滤波器具有良好的滤波器特性，所设计的指标符合设计任务要求。
目 录
摘 要 I
ABSTRACT II
第一章 引言 1
1.1 课题研究的背景及意义 1
1.1.1 数字信号处理概述 1
1.1.2 MATLAB概述 1
1.2 数字滤波器研究概况 1
1.3 基本内容 2
第二章 数字滤波器的简介 3
2.1 FIR数字滤波器的特点 3
2.2 FIR数字滤波器的种类 3
2.3 FIR数字滤波器的线性相位条件 4
2.4 FIR滤波器和IIR滤波器的比较 5
第三章 FIR数字滤波器的设计 7
3.1 FIR数字滤波器的窗函数设计法 7
3.2 窗函数法设计FIR滤波器的具体过程 8
3.3几种常用的窗函数 8
3.4 FIR 数字滤波器的频率采样设计法 11
3.4.1 频率采样法原理介绍 11
3.4.2 频率采样法设计FIR滤波器的具体过程 11
第四章 利用MATLAB实现FIR数字滤波器的设计 13
4.1 MATLAB简介 13
4.2 基于MATLAB的窗函数法设计FIR滤波器 13
4.2.1 fir1函数介绍 13
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4.2.2 FIR 低通滤波器的设计实例 13
4.2.3 FIR带通滤波器的设计实例 14
4.3基于MATLAB 的频率采样法设计FIR数字滤波器 17
结束语 20
致 谢 21
参考文献 22
第一章 引言
1.1 课题研究的背景及意义
1.1.1 数字信号处理概述
现在的世界是一个信息化的世界，数字时代已经到来。信息和数字风暴已经席卷全球。加之数字信号处理技术在自动控制方面和语音图像方面的使用特别简单快捷，因此被广泛的应用。也正是因为如此，数字信号处理这门技术已经成为了当今世界上一门极其重要的技术领域。数字信号处理（Digital Siginal Processing,DSP）[1]这一技术和学科领域的工作原理是通过计算机和其他专用处理设备，通过数值计算的方法去对待处理信号进行一系列的处理，以此达到能够获得并且提取出所需要的信息并且对其合理应用。滤波是数字信号处理过程中最为重要的一个环节，因此一直以来，人们都把对数字滤波器的关于理论的研究以及对数字滤波器的程序设计作为工作重心。数字滤波器是由数字乘法器、延时单元、加法器组成的，和数字信号处理一样，因为其在语音图像等众多领域的使用方便简洁，因此众多领域都在用他。按照所通过信号的频率在频率范围中所占的频段，按照冲击响应特征的不同，滤波器可以分为高通滤波器、低通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器、无限长冲击响应（Infinite Impulse Response,IIR）和有限长冲击响应（Finite Impulse Response,FIR）[2]滤波器。
1.1.2 MATLAB概述
MATLAB[9]是第四代计算机语言，是国际上最流行的软件工具。MATLAB在滤波器的设计上更加方便快捷。它具有数值计算和封号计算功能。MATLAB计算速度快，准确率想到高，收敛性好。同时，利用MATLAB编程语言，可以清晰的，快捷的绘制二维、三维甚至思维图形，由此可见其编程语言及图形功能的强大。并可以利用MATLAB设计视角和光照，标识图形和坐标，甚至控制颜色等。可以直接处理声音和图像文件，只需要简单的命令，就可以将声音文件或图像文件读入系统中并对它们进行相应的处理。MATLAB[5]具有强大的工具箱和函数库。包括基本部分和各种可选的工具箱。MATLAB自身带有很多函数，使用MATLAB设计时可以直接调用。
1.2 数字滤波器研究概况
数字滤波技术是数字信号分析、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输时至关重要的。在所有的电子系统中，使用最多技术最复杂的要算数字滤波器了。数字滤波器的优劣直接决定产品的优劣。
数字滤波器有很多种分类。对于数字滤波器的分类方法是多种多样的。最常用的是根据其冲击响应时域特征的不同来对其进行分类，按照这一分类方法，数字滤波器可以分为FIR数字滤波器和IIR数字滤波器。
设计模拟滤波器是很方便简单的[6,7]，因为众多的图表可供查阅，十分简洁。而且，IIR数字滤波却恰好可以把模拟滤波器的设计结果收集起来供自己所用。同时，IIR数字滤波器可以获得非常高的选择特性，在IIR和FIR处于同一选择特性水平的基础上，IIR 数字滤波器比FIR数字滤波器所利用的阶数要少得多。但是，在有如此优点的情况下，IIR数字滤波器的非线性相位却引起了非常严重切明显的缺点，即频率色散现象。正如大家所了解的，色散想象就是处在不同频段的输入信号发生了不同时间的延迟，延迟时间的不一致，导致了信号波形的混乱，更无法保持波形在时域上的稳定。这对于观察实验具有很大的影响。因此，想要完全利用IIR数字滤波器的优点，就必须要把他的非线性相位变成线性相位，这就需要相位校正了。相位校正就会需要全通网络的配合，这一配合是很昂贵的，且十分复杂。
目前为止，数字滤波器在众多领域都得到应用[7]。尤其是在语音图像、数据传输等工程领域。这些领域对数字滤波器的要求是要有线性相位的，不光如此，还需要滤波器具有任意的幅度特性。FIR数字滤波器就拥有了IIR数字滤波器所不具有的严格的线性相位，同时还具备任意的幅度特性这一特点，另外有限长的单位脉冲响应促成了稳定的滤波器，所有的非因果的有限长序列在经历过一定的延时之后都可以变成因果的。
1.3 基本内容
本文主要介绍了以下内容：首先介绍FIR数字滤波器的研究概况，分析FIR数字滤波器的分类、概念和特征。其次比较FIR和IIR的异同。接着论述设计FIR 数字滤波器的思路和步骤。分别采用窗函数法、频率采样法进行设计。最后利用MATLAB软件及其强大的编程语言和图形功能，采用窗函数法、频率采样法设计FIR数字滤波器，并通过Simulink进行仿真，得出仿真结果后，对图形进行深入分析，是否所设计的滤波器具有良好的滤波功能，是否达到了设计要求。最后比较各种方法的异同。
目 录
摘 要 I
ABSTRACT II
第一章 引言 1
1.1 课题研究的背景及意义 1
1.1.1 数字信号处理概述 1
1.1.2 MATLAB概述 1
1.2 数字滤波器研究概况 1
1.3 基本内容 2
第二章 数字滤波器的简介 3
2.1 FIR数字滤波器的特点 3
2.2 FIR数字滤波器的种类 3
2.3 FIR数字滤波器的线性相位条件 4
2.4 FIR滤波器和IIR滤波器的比较 5
第三章 FIR数字滤波器的设计 7
3.1 FIR数字滤波器的窗函数设计法 7
3.2 窗函数法设计FIR滤波器的具体过程 8
3.3几种常用的窗函数 8
3.4 FIR 数字滤波器的频率采样设计法 11
3.4.1 频率采样法原理介绍 11
3.4.2 频率采样法设计FIR滤波器的具体过程 11
第四章 利用MATLAB实现FIR数字滤波器的设计 13
4.1 MATLAB简介 13
4.2 基于MATLAB的窗函数法设计FIR滤波器 13
4.2.1 fir1函数介绍 13
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4.2.2 FIR 低通滤波器的设计实例 13
4.2.3 FIR带通滤波器的设计实例 14
4.3基于MATLAB 的频率采样法设计FIR数字滤波器 17
结束语 20
致 谢 21
参考文献 22
第一章 引言
1.1 课题研究的背景及意义
1.1.1 数字信号处理概述
现在的世界是一个信息化的世界，数字时代已经到来。信息和数字风暴已经席卷全球。加之数字信号处理技术在自动控制方面和语音图像方面的使用特别简单快捷，因此被广泛的应用。也正是因为如此，数字信号处理这门技术已经成为了当今世界上一门极其重要的技术领域。数字信号处理（Digital Siginal Processing,DSP）[1]这一技术和学科领域的工作原理是通过计算机和其他专用处理设备，通过数值计算的方法去对待处理信号进行一系列的处理，以此达到能够获得并且提取出所需要的信息并且对其合理应用。滤波是数字信号处理过程中最为重要的一个环节，因此一直以来，人们都把对数字滤波器的关于理论的研究以及对数字滤波器的程序设计作为工作重心。数字滤波器是由数字乘法器、延时单元、加法器组成的，和数字信号处理一样，因为其在语音图像等众多领域的使用方便简洁，因此众多领域都在用他。按照所通过信号的频率在频率范围中所占的频段，按照冲击响应特征的不同，滤波器可以分为高通滤波器、低通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器、无限长冲击响应（Infinite Impulse Response,IIR）和有限长冲击响应（Finite Impulse Response,FIR）[2]滤波器。
1.1.2 MATLAB概述
MATLAB[9]是第四代计算机语言，是国际上最流行的软件工具。MATLAB在滤波器的设计上更加方便快捷。它具有数值计算和封号计算功能。MATLAB计算速度快，准确率想到高，收敛性好。同时，利用MATLAB编程语言，可以清晰的，快捷的绘制二维、三维甚至思维图形，由此可见其编程语言及图形功能的强大。并可以利用MATLAB设计视角和光照，标识图形和坐标，甚至控制颜色等。可以直接处理声音和图像文件，只需要简单的命令，就可以将声音文件或图像文件读入系统中并对它们进行相应的处理。MATLAB[5]具有强大的工具箱和函数库。包括基本部分和各种可选的工具箱。MATLAB自身带有很多函数，使用MATLAB设计时可以直接调用。
1.2 数字滤波器研究概况
数字滤波技术是数字信号分析、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输时至关重要的。在所有的电子系统中，使用最多技术最复杂的要算数字滤波器了。数字滤波器的优劣直接决定产品的优劣。
数字滤波器有很多种分类。对于数字滤波器的分类方法是多种多样的。最常用的是根据其冲击响应时域特征的不同来对其进行分类，按照这一分类方法，数字滤波器可以分为FIR数字滤波器和IIR数字滤波器。
设计模拟滤波器是很方便简单的[6,7]，因为众多的图表可供查阅，十分简洁。而且，IIR数字滤波却恰好可以把模拟滤波器的设计结果收集起来供自己所用。同时，IIR数字滤波器可以获得非常高的选择特性，在IIR和FIR处于同一选择特性水平的基础上，IIR 数字滤波器比FIR数字滤波器所利用的阶数要少得多。但是，在有如此优点的情况下，IIR数字滤波器的非线性相位却引起了非常严重切明显的缺点，即频率色散现象。正如大家所了解的，色散想象就是处在不同频段的输入信号发生了不同时间的延迟，延迟时间的不一致，导致了信号波形的混乱，更无法保持波形在时域上的稳定。这对于观察实验具有很大的影响。因此，想要完全利用IIR数字滤波器的优点，就必须要把他的非线性相位变成线性相位，这就需要相位校正了。相位校正就会需要全通网络的配合，这一配合是很昂贵的，且十分复杂。
目前为止，数字滤波器在众多领域都得到应用[7]。尤其是在语音图像、数据传输等工程领域。这些领域对数字滤波器的要求是要有线性相位的，不光如此，还需要滤波器具有任意的幅度特性。FIR数字滤波器就拥有了IIR数字滤波器所不具有的严格的线性相位，同时还具备任意的幅度特性这一特点，另外有限长的单位脉冲响应促成了稳定的滤波器，所有的非因果的有限长序列在经历过一定的延时之后都可以变成因果的。
1.3 基本内容
本文主要介绍了以下内容：首先介绍FIR数字滤波器的研究概况，分析FIR数字滤波器的分类、概念和特征。其次比较FIR和IIR的异同。接着论述设计FIR 数字滤波器的思路和步骤。分别采用窗函数法、频率采样法进行设计。最后利用MATLAB软件及其强大的编程语言和图形功能，采用窗函数法、频率采样法设计FIR数字滤波器，并通过Simulink进行仿真，得出仿真结果后，对图形进行深入分析，是否所设计的滤波器具有良好的滤波功能，是否达到了设计要求。最后比较各种方法的异同。
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