基于MATLAB的数字滤波器设计与仿真开题报告

 2022-03-01 19:52:50

1. 研究目的与意义

随着计算机和微电子等学科的飞速发展,数字信号处理已经成为当今极为重要的学科和技术,应用范围也越来越广泛。数字滤波器的设计和应用在数字信号处理中有着非常重要的地位。数字滤波器按照长度分类可以分成有线长单位脉冲响应(FIR)滤波器,和无限长单位脉冲响应(IIR)滤波器。FIR滤波器相比较于IIR滤波器具有更多的优点,如线性相位特性、系统的稳定性等。

MATLAB软件是 mathworks 公司开发的一种设计软件,优点很多,可以进行数值运算、符号运算和图形处理等功能,广泛用于各领域的分析、设计和复杂运算。随着MATLAB软件的不断更新,特别是MATLAB 的信号处理工具箱( FDATool)的推出,现在 MATLAB 软件已经成为数字信号处理应用中用来分析和仿真设计的重要工具。这里主要讨论利用MATLAB 软件,结合窗函数法设计 FIR数字滤波器的过程。

FIR数字滤波器是数字化系统中最常用的滤波装置,在实际应用中具有线性相位特性的优势,同时还具备有任意的幅度特性,所以受到众多数字化系统的青睐,应用范围较广、应用数量较大,因此对FIR数字滤波器的MATLAB设计的研究具有鲜明的现实意义。

数字滤波器可以过滤时间离散信号 ,通过对抽样数据进行数字处理来达到频域滤波的目的 。目前已经广泛应用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 。由于计算机技术和大规模集成电路的发展 ,数字滤波器已可用计算机软件实现 。

2. 研究内容和预期目标

利用窗函数法设计数字滤波器并进行仿真。

在设计过程中借助MATLAB语言的强大编辑功能和在滤波器设计领域的独特优势完成滤波器的算法的设计和图形的绘制。

利用MATLAB的强大运算功能,应用窗函数法可以快速有效的设计由软件组成的FIR数字滤波器。

运用MATLAB可实现不同截止频率的FIR滤波器,实用性较强 ,而且可以对比滤波器特性,随时更改参数 ,以达到滤波器设计的最优化。

3. 研究的方法与步骤

数字信号处理的主要数学工具是傅里叶变换.而傅里叶变换是研究整个时间域和频率域的关系。不过,当运用计算机实现工程测试信号处理时,不可能对无限长的信号进行测量和运算,而是取其有限的时间片段进行分析。做法是从信号中截取一个时间片段,然后用截取的信号时间片段进行周期延拓处理,得到虚拟的无限长的信号,然后就可以对信号进行傅里叶变换、相关分析等数学处理。无限长的信号被截断以后,其频谱发生了畸变,原来集中在f(0)处的能量被分散到两个较宽的频带中去了(这种现象称之为频谱能量泄漏)。为了减少频谱能量泄漏,可采用不同的截取函数对信号进行截断,截断函数称为窗函数,简称为窗。

窗函数的设计法是根据给定需要设计的滤波器的技术指标参数,选择滤波器的阶数和合适的窗函数。

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4. 参考文献

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[2]谢仕宏.MATLAB R2008 控制系统动态仿真实例教程[M].北京:化学工业出版社,2005.

[3] 赵瑞杰.二维 FIR 数字滤波器优化设计理论与二维优化设计算法研究 [D].山东大学,2012

[4] 谢季坚 ,刘承平 .模糊数学方法及其应用[M].武汉: 华中科技大学出版社,2006.

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[6] 赖鑫,梁昌洪,李良,等.一种新型的微带三通带滤波器设计法[J].西安电子科技大学学报,2010,37(5):884-887.

[7] 常巍,陈玮.基于 MATLAB Guide 的低通滤波器设计[J].电子科技,2014,27(6):29-31.

[8] 彭红平,杨福宝.基于 MATLAB 的 FIR 数字滤波器设计[J].武汉理工大学学报:信息与管理工程版,2005(5):275-278.

[9] 马月红,马彦恒,王雪飞.基于MATLAB的FIR数字滤波器设计与仿真[J]电子测量技术,2012,35(11):66-69.

[10] 王艳文,史先红.基 于 MATLAB 直 接 程 序 法 的 FIR数字滤波器设计[J] .科技信息,2012(15):123.

5. 计划与进度安排

2022年2月20日-3月3日 根据前期对课题的调研,和对相关知识的学习,认真撰写开题报告、确定毕业设计方案

2022年3月6日-4月28日 进入全面的毕业设计阶段,在需求分析的基础上,按照设计方案进行详细的设计;进行五千字的英文翻译

2022年5月1日-5月12日 系统软件设计,编写程序,仿真与调试;系统软硬件统调;整理必要的数据资料

2022年5月15日-5月26日 系统地对数据和资料进行梳理,提交毕业设计初稿及英文翻译、

2022年5月29日-6月2日 修改并完善毕业设计等;进行论文查重,上报结果

2022年6月5日-6月9日 制作PPT,准备毕业答辩

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