基于遗传算法的数字滤波器的设计与仿真毕业设计论文

武汉理工大学《数字信号处理》基于遗传算法的IIR数字滤波器的设计与仿真班级：组员：目录摘要 (1)Abstract (2)1 遗传算法 (3)1.1 遗传算法的产生与发展 (3)1.2 遗传算法的概述 (4)1.3 遗传算法的特点 (4)1.4 遗传算法基本流程操作 (5)2 数字滤波器 (8)2.1数字滤波器的简介 (8)2.2 FIR和IIR数字滤波器的概述 (8)2.2.1 FIR数字滤波器 (8)2.2.2 IIR数字滤波器 (9)2.2.3 FIR数字滤波器与IIR数字滤波器的区别 (10)3 数字滤波器的设计方法 (11)3.1数字滤波器的设计要求 (11)4 基于遗传算法的IIR数字滤波器的设计与仿真 (14)4.1 Matlab软件的概述 (14)4.2 IIR数字滤波器的设计 (14)4.2.1数字滤波器设计的简要分析 (14)4.2.2实例比较一般算法设计思路和遗传算法设计思路 (16)4.3 IIR数字滤波器的仿真结果 (20)4.3.1 仿真图形 (20)5 小结 (21)6 参考文献 (22)附件 (23)摘要无限脉冲响应数字滤波器(IIR)具有频特性精度高、实现简单等优点，在数字信号处理领域得到了广泛应用；遗传算法是一类依自然环境的进化规律——适者生存优胜劣汰遗传机制，演化而来的随机化搜索方法。

它是由美国J.Holland 教授1975年最先提出，其主要特点是直接对结构对象进行操作，不存在求导和函数连续性的限定，具有内在的隐并行性和更好的全局寻优能力，采用概率化的寻优方法，能自动获取和指导优化的搜索空间，自适应地调整搜索方向，不需要确定的规则。

遗传算法的这些性质已被广泛地应用于问题求解、机器学习、信号处理、智能控制和人工生命等领域。

它是现代有关智能计算中的关键技术，因而将其应用在数字滤波器算法的优化上。

关键词： IIR数字滤波器遗传算法AbstractDigital filter with Finite Impulse Response(FIR)has lots of advantages,such as systemic stability,linear phase，etc．It has been widely used in digital signal processing．The genetic algorithm has lots of merits，such as the memorability,distribution,and diversity．It is widespread in the fields of intelligent computation,pattern recognition and optimization design．This paper presents a designing method of digital filter．It is based on the combination genetic algorithm with the cosine sequences．The window function is constructed effectively by weighting cosine sequences．The corresponding weighting coefficients are computed b，，the genetic algorithm．Digital filter is realized finally by windowing approach．In order to accelerate the convergent speed and improve the precision,elitist model and floating-point coding are adopted．The efficiency of the proposed method is validated by simulation experiments taking on designing low pass digital filters．The designing method presented in this paper has some advantages,such as ood flexibility,universality,and so on．Keywords： IIR digital filter Genetic algorithm1 遗传算法1.1 遗传算法的产生与发展遗传算法（GeneticAlgorithm）是一类借鉴生物界的进化规律（适者生存，优胜劣汰遗传机制）演化而来的随机化搜索方法。

基于自适应遗传算法FIR数字滤波器优化设计作者：黄猛唐琳甄玉张杰来源：《现代电子技术》2010年第02期摘要:FIR数字滤波器优化设计的目标是对滤波器理想性能的逼近。

遗传算法是一种模仿生物进化过程的全局优化概率搜索算法,它提出了一种求解复杂系统优化问题的通用框架,且不依赖于问题的领域和种类,在此将自适应的遗传算法应用于FIR数字滤波器的优化设计,通过评价种群的“早熟度”来自适应调整交叉率和变异率,提高了遗传算法的搜索效率。

计算机仿真结果证明,该算法能够获得满意的滤波器性能。

关键词:FIR滤波器;优化设计;自适应遗传算法;早熟度中图分类号:TP274文献标识码:B文章编号:1004-373X(2010)02-143-04Optimized FIR Filter Design Based on Self_adaptive Genetic AlgorithmHUANG Meng,TANG Lin,ZHEN Yu,ZHANG Jie(91635 Army,Beijing,102249,China)Abstract:The goal of optimized FIR filter design is approaching to the ideal performance of IIR filter.Genetic algorithm is an optimal probability search algorithm,imitating the process of biology evolution,which has proposed an universal method to solve optimized problems of complex system,independent of domain and kind of problems.The proposed algorithm applying self_adaptive genetic algorithm to optimized IIR filter design,and adjusting cross probability and mute probability self_adaptively by evaluating premature convergence degree to improve search efficiency of genetic algorithm.The simulation results demonstrate that the proposed algorithm can achieve satisfying capability of filter.Keywords:FIR filter;optimized design;self_adaptive genetic algorithm;premature convergence degree在现代信号处理和电子应用技术领域,FIR数字滤波器因具有稳定性和线性相位两大优点而得到了广泛的应用。

基于遗传算法的复杂无源滤波器参数设计提出了一种基于计算机数值计算的复杂无源滤波器参数设计的新方法,首先把求解电路参数的问题数学化为性能指标优化模型,然后采用遗传算法求得特性符合要求的电路参数值,数值实验表明了此方法的有效性。

关键词：无源滤波器参数优化设计遗传算法无源滤波器在电子技术领域有着广泛的应用。

针对某一应用的复杂无源滤波器,往往结构容易确定,参数调整却十分困难。

其原因是：结构中的组成元件电阻、电容、电感个数较多,频率特性与元件参数的关系是一个高阶的非线性函数,相互间对频率特性的影响存在着高度的耦合,因而欲达到频率特性优良的设计目的,无论采用实验手段还是常规数学手段,都需花费大量的时间与精力。

近年来,模拟生物进化过程的遗传算法作为求解优化问题的有效手法而倍受关注。

正如ＴｈｏｍａｓＢａｃｋ等人指出１,同其他手法相比,其优点在于：处理问题的灵活性、适应性、鲁棒性,能取得全局解,对模型要求低,针对不同问题设计的不同遗传算法,不仅能提高现有解的优化品质,还能攻克某些难度大的优化问题。

本文以遗传算法的应用为出发点,提出了一种新的无源滤波器参数设计方法。

它能有效克服上述无源滤波器参数设计的困难,十分方便地取得满足性能指标要求的参数设计值。

１优化模型的建立典型的无源滤波器电路组成元件一般按Ｔ型结构连接,如图１所示。

滤波器的频率特性可以用功率传输函数来定义,即：其中,Ｘ＝[Ｘ１,Ｘ２,．．．,Ｘｎ],为电路的元件参数值矩阵,ｎ为元件总个数,Ｗ为频率。

若Ｘ已知,频率采样点Ｗｉ对应的频率特性Ｌｉ可按下述方法计算：设Ｉ１＝ＩＬ＝０．１,Ｖ１＝ＩＬＲＬ＋０＝ＶＬＩ２＝Ｖ１Ｙ１＋ＩＬＶ３＝Ｉ２Ｚ２＋Ｖ１Ｖ２ｎ＋１＝Ｉ２ｎＺ２ｎ＋Ｖ２ｎ－１Ｉ２ｎ＋２＝Ｖ２ｎ＋１Ｙ２ｎ＋１＋Ｉ２ｎＥｓ＝ＲｓＩ２ｎ＋２＋Ｖ２ｎ＋１用简易的迭代程序求得Ｅｓ,代入式(１)即可求得Ｌｉ。

滤波器的结构已知后,先确定结构中的参数取值范围,选择的条件可以比较宽松,然后按预期的性能指标要求,选定适当个频率采样点Ｗ１,Ｗ２,．．．,规定其对应功率传输函数幅度界限值,迫使它调整后经过采样点时,满足幅度界限要求（大于、小于或介于）。

基于MATLAB的数字滤波器设计与仿真摘要：数字滤波器的实现是数字信号处理中的重要组成部分,设计过程较复杂,牵涉到模型逼近,指标选择,计算机仿真,性能分析及可行性分析等一系列的工作,本文从设计原理以及数学软件MA TLAB出发阐述数字滤波器的设计原理与方法。

应用MA TLAB语言设计数字滤波器时采用直接程序设计法、FDATool以及SPTool信号处理工具箱的设计方法，通过实例，给出了FIR程序设计法和使用信号处理工具箱中SPTool进行设计的仿真图形，并在MATLAB的Simulink环境下，调用所设计的FDATool滤波器进行了仿真。

关键词：MA TLAB；数字滤波器；FDATool；SPTool；Simulink；IIR；FIR；MATLAB-based Digital Filter Design and SimulationAbstract: The digital filter is one of the most significant applications of DSP. The design process is very complex involving the model approximation, parameter selection, computer simulation and performance analysis, feasibility analysis and a series of work. This article try to solve the hard problem in another way, making the benefit of the advanced software MATLAB and gives some basic MA TLAB advice to readers to help them to learn the information of using MA TLAB as a tool to design different kinds of digital filters.The design methods of direct programming, FDATool interface and SP Tool signal processing toolbox are introduced in designing digital filter with MATLAB in this article. The imulation figures are given by programming and SPTool signal processing toolbox. Further more, the designed FDA tool filter are called and simulated in SIMULINKKey words: MATLAB; Digital filter; FDATool ; SPTool ; IIR;FIR;1引言1.1数字滤波器的研究背景与意义当今，数字信号处理[1]（DSP：Digtal Signal Processing）技术正飞速发展，它不但自成一门学科，更是以不同形式影响和渗透到其他学科；它与国民经济息息相关，与国防建设紧密相连；它影响或改变着我们的生产、生活方式，因此受到人们的普遍关注。

基于DSP的FIR数字滤波器的设计与仿真毕业设计论文研究背景数字信号处理在现代通信、音视频处理、图像处理等领域中起着至关重要的作用，数字滤波器是数字信号处理中的重要内容。

其中FIR数字滤波器是一种常用的滤波器，其具有线性相位和稳定性等特点，在数字信号处理中应用广泛。

因此，本毕业设计将以FIR 数字滤波器为研究对象，结合DSP平台，进行数字滤波器的设计与仿真研究。

研究目标本文旨在设计一种基于DSP的FIR数字滤波器，并且研究其性能和仿真效果。

主要目标包括：1. 掌握DSP平台的开发流程和设计方法，包括硬件平台和软件开发技术。

2. 研究FIR数字滤波器的原理和特点，掌握其设计方法和计算技巧。

3. 基于DSP平台设计实现FIR数字滤波器，包括硬件和软件两个方面，满足设计要求。

4. 仿真FIR数字滤波器的性能和效果，验证设计的正确性和可行性。

5. 撰写毕业设计论文，总结设计过程和结果，体现出自己的设计思路和方法。

研究方法本研究采用如下方法：1. 研究DSP平台的开发流程和设计方法，包括使用硬件平台和软件开发技术。

2. 研究FIR数字滤波器的原理和特点，掌握其设计方法和计算技巧。

3. 基于DSP平台设计实现FIR数字滤波器，采用Verilog语言描述硬件电路，C语言编写软件程序。

4. 利用模拟工具对FIR数字滤波器进行仿真，测试性能和效果。

5. 撰写毕业设计论文，总结设计过程和结果，体现出自己的设计思路和方法。

预期结果本研究预期可以达到如下结果：1. 掌握DSP平台的开发流程和设计方法，能够应用于数字信号处理和嵌入式系统开发等领域。

2. 研究FIR数字滤波器的原理和特点，掌握其设计方法和计算技巧，能够进行数字信号处理相关工作。

3. 基于DSP平台设计实现FIR数字滤波器，满足设计要求，具有较好的性能和稳定性。

4. 仿真FIR数字滤波器的性能和效果，能够验证设计的正确性和可行性。

5. 撰写毕业设计论文，总结设计过程和结果，体现出自己的设计思路和方法，具有较好的表达和撰写能力。

内容摘要人类已经进入了数字时代，数字信号处理已渗透到几乎所有科学技术领域，并进入人们的日常工作和生活之中。

而数字滤波技术在数字信号处理中占有积极重要的地位。

由于模拟信号处理最主要的缺点是难以处理比较复杂信号，难以满足总也生产需求。

与之相比，数字信号处理有高精度、高稳定性和高性能指标、强大的非线性信号处理，这些优势决定了数字滤波器的应用将会越来越广泛，因此对数字滤波器的研究具有重要的实际意义。

在数字控制系统中输入信号中所含的干扰对系统的性能会产生很大的影响，因此需要对输入信号进行处理，以提取有用信号。

有限长冲激响应（FIR）滤波器在数字信号处理中发挥着重要作用，采用Matlab软件对FIR数字滤波器进行仿真设计，简化了设计中繁琐的计算。

本文首先介绍数字滤波器的发展概况以及分类，分析FIR数字滤波器的数学模型及结构；接着，针对不同的设计方法，采用窗函数法，频率采样法和等波纹最佳逼近法，通过调用Matlab函数设计FIR数字滤波器。

绘制对应的幅频特性曲线，进行对比分析，最后总结出每种设计方法的特点。

关键词FIR数字滤波器，MATLAB，simulink，窗函数法，频率采样法，等波纹最佳逼近法ABSTRACTMankind has entered the digital era, digital signal processing has penetrated into almost all fields of science and technology, and into the People's Daily work and life. And digital filtering technology in the digital signal processing (DSP) has been one of the major positive. Due to the analog signal processing of the main defect is difficult to deal with more complex signal, always can't meet production requirements. Compared with digital signal processing with high precision, high stability and high performance indicators, powerful nonlinear signal processing, these advantages determine the application of digital filter will be more and more widely, so the research of digital filter has important practical significance.Contained in the input signal in the digital control system of interference will produce great influence on the performance of the system, so need to deal with input signal, and the useful signal is extracted. Finite impulse response (FIR) filter plays an important role in digital signal processing, using the Matlab software simulation design of FIR digital filter, simplifies the complicated calculation in the design. This paper first introduces general situation of the development of digital filter and classification, analysis, the mathematical model and structure of the FIR digital filter; Then, according to different design method, using the window function method and frequency sampling method and moire best approximation method, by calling Matlab function to design FIR digital filter. Corresponding amplitude-frequency characteristic curve drawing, carries on the contrast analysis, finally summarizes the characteristic of each kind of design method.KEY WORDSrapid clenbuteral detection; computer vision; muscle color; fat thicknessFIR 数字滤波器的设计与仿真研究1.绪论人类已经进入了数字时代，数字信号处理已渗透到几乎所有科学技术领域，并且进入人们的日常工作和生活之中。