巴特沃斯数字低通滤波器要点#(精选.)

目录1.题目........................................................ .................................. .22.要求........................................................ (2)3.设计原理........................................................ . (2)3.1 数字滤波器基本概念......................................................... (2)3.2 数字滤波器工作原理......................................................... (2)3.3 巴特沃斯滤波器设计原理 (2)3.4脉冲响应不法......................................................... .. (4)3.5实验所用MATLAB函数说明 (5)4.设计思路........................................................ .. (6)5、实验内容........................................................ . (6)5.1实验程序......................................................... . (6)5.2实验结果分析......................................................... . (10)6.心得体会........................................................ . (10)7.参考文献........................................................ . (10)一、题目：巴特沃斯数字低通滤波器二、要求：利用脉冲响应不变法设计巴特沃斯数字低通滤波器，通带截止频率100HZ,采样频率1000HZ，通带最大衰减为0.5HZ，阻带最小衰减为10HZ，画出幅频、相频相应相应曲线。

巴特沃斯低通滤波器的设计1、巴特沃斯滤波器的介绍巴特沃斯低通滤波器的幅度平方函数定义为2221|()|1NH j C λλ=+其中C 为一常数参数，N 为滤波器阶数，λ为归一化低通截止频率,/p λ=ΩΩ。

式中N 为整数，是滤波器的阶次。

巴特沃斯低通滤波器在通带内具有最大平坦的振幅特性，这就是说，N 阶低通滤波器在0Ω=处幅度平方函数的前2N-1阶导数等于零，在阻带内的逼近是单调变化的。

巴特沃斯低通滤波器的振幅特性如图a 所示。

滤波器的特性完全由其阶数N 决定。

当N 增加时，滤波器的特性曲线变得更陡峭，这时虽然由a 式决定了在p Ω=Ω处的幅度函数总是衰减3dB ，但是它们将在通带的更大范围内接近于1，在阻带内更迅速的接近于零，因而振幅特性更接近于理想的矩形频率特性。

滤波器的振幅特性对参数N 的依赖关系如图a 所示。

设归一化巴特沃斯低通滤波器的归一化频率为λ，归一化传递函数为()H p ，其中p j λ=，则可得：2221()1(1)N NpjH j C pλλ==+- 由于p图a 巴特沃斯低通滤波器的振幅特性221()()()1()a a jsNcH s H s A s j Ω=--=Ω=+Ω所以巴特沃斯滤波器属于全极点滤波器。

2、常用设计巴特沃斯低通滤波器指标p λ：通带截止频率； p α：通带衰减，单位：dB ；s λ：阻带起始频率；s α：阻带衰减，单位：dB 。

说明：（1）衰减在这里以分贝（dB ）为单位；即222110lg10lg 1()NC H j αλλ⎡⎤==+⎣⎦（2）当3dB α=时p C Ω=Ω为通常意义上的截止频率。

（3）在滤波器设计中常选用归一化的频率/C λ=ΩΩ，即1,p sp s ppλλΩΩ===ΩΩ图b 为巴特沃斯低通滤波器指标3、设计巴特沃斯低通滤波器的方法如下：（1）计算归一化频率1p p pλΩ==Ω，ss pλΩ=Ω。

（2） 根据设计要求按照210101pC α=-和lg lg saN λ=其中a =特沃斯滤波器的参数C 和阶次N ；注意当3p dB α=时 C=1。

巴特沃斯低通滤波器传递函数一、引言巴特沃斯滤波器是一种常见的滤波器，它可以用于信号处理、图像处理等领域。

其中，低通滤波器是最基本的一种。

本文将详细介绍巴特沃斯低通滤波器传递函数的计算方法。

二、巴特沃斯低通滤波器1. 巴特沃斯低通滤波器概述巴特沃斯低通滤波器是一种对频率响应有要求的低通滤波器，其传递函数为：H(s) = 1 / (1 + (s/wc)^2n)^0.5其中，s为Laplace变换中的复频率变量，wc为截止频率，n为阶数。

2. 巴特沃斯低通滤波器传递函数推导（1）将传递函数H(s)转化为标准形式：H(s) = 1 / (1 + (s/wc)^2n)^0.5= 1 / [(s/wc)^2n + 1]^0.5= 1 / [(s^2n + wc^2n) / wc^2n]^0.5= wc^n / [(s^2n + wc^2n)^0.5]（2）将复平面上的频率变量s转化为极坐标形式：s = σ + jω= r * e^(jθ)其中，σ为实部，ω为虚部，r为模值，θ为相位角。

（3）将传递函数H(s)中的s用极坐标表示：H(s) = wc^n / [(s^2n + wc^2n)^0.5]= wc^n / [(r^2n * e^(j2nθ) + wc^2n)^0.5]（4）将传递函数H(s)中的分母进行有理化：H(s) = wc^n / [(r^2n * e^(j2nθ) + wc^2n)^0.5] = wc^n * (r^2n * e^(j2nθ) - wc^2n)^-0.5（5）将传递函数H(s)中的极坐标形式转化为直角坐标形式：H(s) = wc^n * cos(nθ) - jwc^n * sin(nθ)----------------------------------(r^2n - wc^2n)^0.5（6）根据频率响应要求，令模值等于1时的频率为截止频率wc，则有：1 = |H(jwc)| = wc^n / (wc^2n - wc^2n)^0.5=> 1 = (wc/wc)^n=> n = 1 / [ln(1/√R)] / [ln(tan(π/4 + fc/fs/2))]其中，R为通带最大衰减，fc为通带截止频率，fs为采样频率。

巴特沃斯低通滤波器的设计巴特沃斯低通滤波器的设计1、巴特沃斯滤波器的介绍巴特沃斯低通滤波器的幅度平方函数定义为2221|()|1NH j C λλ=+其中C 为一常数参数，N 为滤波器阶数，λ为归一化低通截止频率,/p λ=ΩΩ。

式中N 为整数，是滤波器的阶次。

巴特沃斯低通滤波器在通带内具有最大平坦的振幅特性，这就是说，N 阶低通滤波器在0Ω=处幅度平方函数的前2N-1阶导数等于零，在阻带内的逼近是单调变化的。

巴特沃斯低通滤波器的振幅特性如图a 所示。

滤波器的特性完全由其阶数N 决定。

当N 增加时，滤波器的特性曲线变得更陡峭，这时虽然由a 式决定了在p Ω=Ω处的幅度函数总是衰减3dB ，但是它们将在通带的更大范围内接近于1，在阻带内更迅速的接近于零，因而振幅特性更接近于理想的矩形频率特性。

滤波器的振幅特性对参数N 的依赖关系如图a 所示。

设归一化巴特沃斯低通滤波器的归一化频率为λ，归一化传递函数为()H p ，其中p j λ=，则可得：2221()1(1)N Np jH j C pλλ==+-p 图a 巴特沃斯低通滤波器的振幅特性由于221()()()1()a a jsNcH s H s AsjΩ=--=Ω=+Ω所以巴特沃斯滤波器属于全极点滤波器。

2、常用设计巴特沃斯低通滤波器指标pλ：通带截止频率；pα：通带衰减，单位：dB；sλ：阻带起始频率；sα：阻带衰减，单位：dB。

说明：（1）衰减在这里以分贝（dB）为单位；即222110lg10lg1()NCH jαλλ⎡⎤==+⎣⎦（2）当3dBα=时p CΩ=Ω为通常意义上的截止频率。

（3）在滤波器设计中常选用归一化的频率/Cλ=ΩΩ，即1,p sp sp pλλΩΩ===ΩΩ图b 为巴特沃斯低通滤波器指标3、设计巴特沃斯低通滤波器的方法如下：（1）计算归一化频率1p p pλΩ==Ω，ss pλΩ=Ω。

（2） 根据设计要求按照210101pC α=-和lg lg saN λ=其中a =特沃斯滤波器的参数C 和阶次N ；注意当3p dB α=时 C=1。

目录1.题目........................................................ .................................. .22.要求........................................................ (2)3.设计原理........................................................ . (2)数字滤波器基本概念......................................................... (2)数字滤波器工作原理......................................................... (2)巴特沃斯滤波器设计原理 (2)脉冲响应不法......................................................... .. (4)实验所用MATLAB函数说明 (5)4.设计思路........................................................ .. (6)5、实验内容........................................................ . (6)实验程序......................................................... . (6)实验结果分析......................................................... . (10)6.心得体会........................................................ . (10)7.参考文献........................................................ . (10)一、题目：巴特沃斯数字低通滤波器二、要求：利用脉冲响应不变法设计巴特沃斯数字低通滤波器，通带截止频率100HZ,采样频率1000HZ，通带最大衰减为，阻带最小衰减为10HZ，画出幅频、相频相应相应曲线。

数字信号处理巴特沃斯滤波器设计数字信号处理在当今科技领域中扮演着至关重要的角色，滤波器作为数字信号处理领域中的重要组成部分，广泛应用于信号去噪、信号增强、信号分析等方面。

巴特沃斯滤波器作为数字信号处理领域中的一种重要类型，具有平滑的频率响应曲线和较陡的截止特性，被广泛应用于语音处理、图像处理、生物医学信号处理等领域。

本文将介绍数字信号处理中巴特沃斯滤波器的设计原理和方法。

在数字信号处理中，滤波器是一种通过对信号进行处理来实现滤除或增强某些频率成分的系统。

巴特沃斯滤波器是一种典型的低通滤波器，其特点是在通频带范围内频率响应平坦，截止频率处有较 steependifferentiation，可有效滤除非所需频率信号。

要设计一个巴特沃斯滤波器，首先需要确定滤波器的截止频率和阶数。

巴特沃斯滤波器的阶数决定了滤波器的频率选择性能，在实际应用中可根据信号处理的要求进行选择。

一般来说，阶数越高，滤波器的截止特性越陡，但相应的频率选择性能也会增强。

确定好阶数后，接下来需要进行巴特沃斯滤波器的参数计算，包括极点位置和幅频特性。

根据巴特沃斯滤波器的传递函数形式，可以通过公式计算各个极点的位置，并绘制出滤波器的幅频特性曲线。

设计完巴特沃斯滤波器的参数后，接下来是实现滤波器的数字化。

数字巴特沃斯滤波器一般通过模拟滤波器的模拟频率响应和数字频率响应之间的变换来实现。

常用的数字化方法包括脉冲响应不变法和双线性变换法，通过这些方法可以将模拟滤波器的参数转换为数字滤波器的参数，实现数字滤波器的设计。

在实际应用中，巴特沃斯滤波器的设计需要根据具体的信号处理要求和系统性能来选择合适的截止频率和阶数，确保滤波器设计的稳定性和性能。

同时，在设计过程中需要考虑到滤波器的实现复杂性和计算成本，选择合适的设计方法和参数计算技术，以实现滤波器设计的有效性和可靠性。

综上所述，巴特沃斯滤波器作为数字信号处理领域中的重要组成部分，在信号处理、通信系统、生物医学等领域中有着广泛的应用前景。

巴特沃斯低通滤波器一、设计要求（1）设计一巴特沃斯数字低通滤波器，在0.3π通带频率范围内，通带幅度波动小于1dB ，在0.5π~πrad 阻带频率范围内，阻带衰减大于12dB 。

二．设计过程巴特沃斯双线性变换法（1）数字指数:p w =0.3π，s w =0.5π，（2）求p Ω，s Ω利用频率预畸变公式得：p Ω=2T tan 2p w =2T tan 320π=1.019⨯1Ts Ω=2T tan 2s w =2T tan 4π=2T (3)确定滤波器阶数sp λ=s p ΩΩ=211.019TT ⨯=1.963 sp k≈0.132 N=—lg lg sp sp k λ=—lg 0.132lg1.963≈3.0023 N=4 (4)确定系统函数G(p)= 43212.613 3.4142 2.61311p p p p ++++ c Ω=p Ω()10.12101p a N --=1.019⨯1T⨯()10.1124101-⨯⨯-=1.2065T P=11211c s z s T z ---=Ω+=1c Ω⨯2T ⨯1111z z ---+=11211.20651z z ---+ H(z)=G(p)=12341234146434.1675441.3465432.542711.06234 1.69864z z z z z z z z--------++++-+-+三．软件仿真（1）将分子分母带入Matlab 验证b=[1 4 6 4 1];a=[34.16754 -41.34654 32.5427 -11.06234 1.69864];[H,w]=freqz(b,a,1000);plot(w,20*log10(abs(H)/max(H)),'-');grid;xlabel('frequency');ylabel('magnitude');-250-200-150-100frequency m a g n i t u d e图（a ）频率——幅度衰减图0.3π≈0.940.9250.930.9350.940.9450.950.955frequency m a g n i t u d e图(b)0.5π≈1.57frequency m a g n i t u d e图(c)（2）用Matlab 直接仿真出低通滤波器wp=2*tan(0.3*pi/2)*1000;ws=2*tan(0.5*pi/2)*1000;ap=1;as=12;[n,wn]=buttord(wp,ws,ap,as,'s');[b,a]=butter(n,wn,'s');[bn,an]=bilinear(b,a,1000);[H,w]=freqz(bn,an);plot(w,abs(H),'-');grid;xlabel('frequency');ylabel('magnitude');legend('双线性变化法');figure(2);plot(w,20*log10(abs(H)/max(H)),'-');grid;00.51 1.522.533.5frequency m a g n i t u d e0.3π≈0.94图(d)0.5π≈1.57图（e）四．分析将计算得出的低通滤波器系统函数H（z）的分子分母各项系数用Matlab验证，得图（a）幅频关系图。

一阶归一化数字巴特沃斯低通滤波器数字巴特沃斯滤波器是一种常用的数字信号处理滤波器，可用于滤波和去噪等应用。

本文将介绍一阶归一化数字巴特沃斯低通滤波器的原理和设计方法。

1.原理概述一阶归一化数字巴特沃斯低通滤波器是一种理想滤波器。

其设计目标是实现信号在截止频率以下的完美衰减，而在截止频率以上则不进行滤波。

该滤波器的频率响应特点可用模拟巴特沃斯低通滤波器的频率响应特点进行近似。

2.设计步骤实现一阶归一化数字巴特沃斯低通滤波器的设计，可以按照以下步骤进行：步骤一：确定截止频率根据滤波器的应用需求，选择合适的截止频率。

截止频率是指滤波器开始滤波的频率点，一般以赫兹为单位。

步骤二：计算模拟巴特沃斯低通滤波器的阶数根据所选截止频率，使用模拟巴特沃斯低通滤波器的阶数公式计算阶数。

对于一阶滤波器，阶数为1。

步骤三：计算截止频率对应的模拟巴特沃斯低通滤波器的增益根据所选截止频率，使用模拟巴特沃斯低通滤波器的增益公式计算增益。

对于一阶滤波器，增益为-3dB。

步骤四：进行归一化在设计数字巴特沃斯滤波器时，需要对模拟滤波器进行归一化。

归一化处理可将截止频率与折返频率映射到数字滤波器的单位圆上。

步骤五：数值实现根据归一化的模拟滤波器参数，使用双线性变换将其转换为数字滤波器的差分方程。

假设我们需要设计一个一阶归一化数字巴特沃斯低通滤波器，截止频率选取为1kHz。

根据步骤一，确定截止频率为1kHz。

根据步骤二，计算阶数为1。

根据步骤三，计算增益为-3dB。

在步骤四中，进行归一化处理，将1kHz映射到单位圆上。

最后，在步骤五中，根据归一化的模拟滤波器参数，使用双线性变换转换为数字滤波器的差分方程。

本文介绍了一阶归一化数字巴特沃斯低通滤波器的原理和设计方法。

通过明确的设计步骤，我们可以根据所需的截止频率实现滤波器设计。

在应用中，可以根据实际需求调整截止频率和滤波器的阶数，以获得更好的滤波效果。