数字信号处理IIR数字滤波器实验报告
- 格式:pdf
- 大小:1.36 MB
- 文档页数:6
实验三IIR数字滤波器设计实验报告一、实验目的:1.通过仿真冲激响应不变法和双线性变换法2.掌握滤波器性能分析的基本方法二、实验要求:1.设计带通IIR滤波器2.按照冲激响应不变法设计滤波器系数3. 按照双线性变换法设计滤波器系数4. 分析幅频特性和相频特性5. 生成一定信噪比的带噪信号,并对其滤波,对比滤波前后波形和频谱三、基本原理:㈠IIR模拟滤波器与数字滤波器IIR数字滤波器的设计以模拟滤波器设计为基础,常用的类型分为巴特沃斯(Butterworth)、切比雪夫(Chebyshev)Ⅰ型、切比雪夫Ⅱ型、贝塞尔(Bessel)、椭圆等多种。
在MATLAB信号处理工具箱里,提供了这些类型的IIR数字滤波器设计子函数。
(二)性能指标1.假设带通滤波器要求为保留6000hz~~7000hz频段,滤除小于2000hz和大宇9000hz频段2.通带衰减设为3Db,阻带衰减设为30dB,双线性变换法中T取1s.四、实验步骤:1.初始化指标参数2.计算模拟滤波器参数并调用巴特沃斯函数产生模拟滤波器3.利用冲激响应不变法和双线性变换法求数字IIR滤波器的系统函数Hd (z)4.分别画出两种方法的幅频特性和相频特性曲线5.生成一定信噪比的带噪信号6.画出带噪信号的时域图和频谱图6.对带噪信号进行滤波,并画出滤波前后波形图和频谱图五、实验结果模拟滤波器的幅频特性和相频特性:101010101Frequency (rad/s)P h a s e (d e g r e e s )1010101011010-5100Frequency (rad/s)M a g n i t u d e在本实验中,采用的带通滤波器为6000-7000Hz ,换算成角频率为4.47-0.55,在上图中可以清晰地看出到达了题目的要求。
冲击响应不变法后的幅频特性和相频特性:0.10.20.30.40.50.60.70.80.91Normalized Frequency (⨯π rad/sample)P h a s e (d e g r e e s )0.10.20.30.40.50.60.70.80.91Normalized Frequency (⨯π rad/sample)M a g n i t u d e (d B )双线性变换法的幅频特性和相频特性:0.10.20.30.40.50.60.70.80.91Normalized Frequency (⨯π rad/sample)P h a s e (d e g r e e s )00.10.20.30.40.50.60.70.80.91Normalized Frequency (⨯π rad/sample)M a g n i t u d e (d B )通过上图比较脉冲响应不变法双线性变换法的幅频特性和相频特性,而在在幅频曲线上几乎没有差别,都能达到相同的结果。
数字信号处理实验报告
实验报告
实验名称:IIR数字滤波器设计及软件实现
实验目的:
1.了解数字滤波器的概念和原理;
2.学习IIR数字滤波器的设计方法;
3.实现IIR数字滤波器的软件模拟。
实验设备:
1.计算机;
2.MATLAB或其他数学软件。
实验原理:
IIR数字滤波器是一种反馈式滤波器,其输入与输出之间存在着递归关系,即当前输出值与前一时刻的输出值有关。
IIR数字滤波器的传递函数可以表示为有理函数的形式,由零点和极点所确定。
常见的IIR数字滤波器有低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器等。
实验步骤:
1.确定滤波器的类型和参数,如滤波器的阶数、截止频率等;
2.根据所需滤波器的传递函数形式,设计其零点和极点;
3.根据设计的零点和极点,利用相应的方法计算出滤波器的系数;
4.利用得到的滤波器系数,实现IIR数字滤波器的软件模拟;
5.输入合适的信号,对其进行滤波处理,并进行结果分析。
实验结果与分析:
根据所设计的IIR数字滤波器的类型和参数,得到了相应的滤波器系数,并利用这些系数进行了滤波器的软件模拟。
将输入信号经过滤波器处理后,得到了滤波后的输出信号。
通过比较输入信号和输出信号,可以观察到滤波器对输入信号的影响,如降低噪声、增强目标信号等。
实验结论:
通过实验,我们了解了IIR数字滤波器的设计方法和实现过程,以及其在信号处理中的应用。
通过对比输入信号和输出信号,我们可以评估滤波器的性能,并据此对滤波器参数进行调整和优化。
数字信号处理报告IIR数字滤波器上海理工大学教师:苏湛组员:王世豪徐骞刘新2016.1.4一、实验简介Butterworth 和Chebyshev 低通滤波器方法:1) 根据性能参数,先设计一个模拟滤波器,按照一定的算法转换为满足预定指标的数字滤波器。
利用模拟原型滤波器的逼近算法和特性。
2)计算机辅助设计,从统计概念出发,对所要提取的有用信号从时域进行估计,在统计指标最优的意义下,使得估计值最优逼近有用信号,减弱或消除噪声。
1)Butterworth 低通滤波器 1 幅频特性:21|()|1()a NcH j Ω=Ω+Ω,其中N 为滤波器的阶数,c Ω为通带截止频率。
在Ω=0处,有最大值|(0)|1a H =;2)在通带截止频率c Ω=Ω处,不同阶次的幅频量值都相同,即为|()|0.707|(0)|a a H j H Ω=;3)阶数N 增加时,通带幅频特性变平,阻带衰减更快,逐渐趋近于理想滤波器的幅频特性。
幅频特性通常用衰减函数1020log |()/(0)|a a H j H α=-Ω描述。
分贝(dB ) 2 极点一共有2N 个,并且以圆点为对称中心成对的出现。
21()22k j N k c s eππ-+=Ω k=1,2,…,N系统函数:122()()()()N a c N KH s K s s s s s s ==Ω--- …3 通带衰减函数p α、阻带衰减函数s α 和系统幅频特性20log |()|a H j -Ω的关系:10p 20log |()|a p H j α-Ω≤Ω≤Ω p Ω为通带截止频率 10s 20log |()|a s H j α-Ω≥Ω≥Ω s Ω为阻带截止频率4 阶数N 0.10.11010log [(101)/(101)]2log (/)p s p s N αα----≥ΩΩ5 通带截止频率c Ω 0.10.11/21/2(101)(101)ps psc NNαα--ΩΩΩ==--确定了滤波器的阶数N 和通带截止频率c Ω,就可以求出系统的极点,从而求出系统函数()a H s ,这样就完成了Butterworth 低通滤波器的设计。
iir滤波器实验报告IIR滤波器实验报告引言:数字信号处理是现代通信、音频处理和图像处理等领域中不可或缺的技术。
滤波器作为数字信号处理的重要组成部分,被广泛应用于信号去噪、频率分析和信号重建等方面。
本实验旨在通过设计和实现一个IIR滤波器,探究其在信号处理中的应用和性能。
一、背景知识1.1 数字滤波器数字滤波器是一种能够改变信号频率特性的系统,可以通过去除或增强特定频率的成分来实现信号处理的目的。
根据其传递函数的特点,数字滤波器可以分为FIR(有限脉冲响应)和IIR(无限脉冲响应)滤波器。
1.2 IIR滤波器IIR滤波器是一种具有无限脉冲响应的滤波器,其传递函数中包含了反馈回路。
相比于FIR滤波器,IIR滤波器具有更窄的转换带宽和更陡峭的滚降特性,能够更好地逼近理想滤波器的频率响应。
二、实验目的本实验旨在通过设计和实现一个IIR滤波器,探究其在信号处理中的应用和性能。
具体实验目标如下:1. 理解IIR滤波器的原理和设计方法;2. 掌握IIR滤波器的设计过程和参数选择;3. 分析IIR滤波器在不同输入信号下的性能表现。
三、实验设计与实施3.1 IIR滤波器的设计在本实验中,我们选择了巴特沃斯滤波器作为IIR滤波器的设计模型。
巴特沃斯滤波器具有最平坦的幅频响应特性和最小的群延迟,适用于许多实际应用场景。
首先,我们需要确定滤波器的阶数和截止频率。
阶数决定了滤波器的复杂度和性能,而截止频率则决定了滤波器的频率响应特性。
根据实际需求和信号特性,我们选择了一个二阶巴特沃斯低通滤波器,截止频率为1kHz。
其次,根据巴特沃斯滤波器的设计公式,我们可以计算出滤波器的传递函数和巴特沃斯极点的位置。
通过极点的选择和配置,我们可以调整滤波器的频率响应和滚降特性。
3.2 IIR滤波器的实施根据设计得到的传递函数和极点位置,我们可以使用MATLAB等工具进行IIR滤波器的实施和验证。
具体步骤如下:1. 根据巴特沃斯滤波器的传递函数公式,计算出滤波器的系数;2. 使用MATLAB的filter函数,将待处理的信号输入滤波器,得到滤波后的输出信号;3. 对比输入和输出信号的频谱特性,分析滤波器的性能。
实验四IIR数字滤波器设计实验报告
为了实现信号的滤波处理,IIR(或称为滤波器)数字滤波器是一种常用的信号处理
技术。
本次实验就是探究IIR数字滤波器的设计和分析。
在实验开始前,对于IIR数字滤波器有所了解,它是一种无限级别功能的数字滤波器,其功能强大,可以实现任意自定义系数的滤波器。
在预处理实验中,便首先采用Matlab
工具搭建了IIR数字滤波器的框架,考虑到本次滤波处理内容,本次采用的是Chebyshev
类型的等离子体,其滤波效果要求超过50dB,进一步完善了对于设计工作的要求。
经过Chebyshev Type I等离子体的设计,确定了系统的结构,并设定了15个滤波器,接着从设定的各项参量入手,从而确定系统各项参量,运用梯形图确定根位置,并使用MATLAB中的filter函数进行系统模拟,得到经历处理后系统输出信号与未经处理时对比,结果显示滤波效果达到了相应预期要求。
在实验中,IIR数字滤波器的设计让我深刻体会到了系统滤波的重要性以及十分强大
的功能。
而它的实现,又显示了精确的数字处理技术在信号处理中的重要作用,使得研究
信号处理时,得以有效和准确地对信号进行分辨和滤波处理。
数字信号处理实验报告四IIR数字滤波器设计及软件实现实验目的:本实验的目的是了解IIR数字滤波器的设计原理和实现方法,通过MATLAB软件进行数字滤波器设计和信号处理实验。
一、实验原理IIR数字滤波器是一种使用有限数量的输入样本和前一次输出值的滤波器。
它通常由差分方程和差分方程的系数表示。
IIR滤波器的特点是递归结构,故其频率响应是无限长的,也就是说它的频率响应在整个频率范围内都是存在的,而不像FIR滤波器那样只有在截止频率处才有响应。
根据设计要求选择合适的滤波器类型和滤波器结构,然后通过对滤波器的模型进行参数化,设计出满足滤波要求的IIR滤波器。
常见的IIR滤波器设计方法有模拟滤波器设计方法和数字滤波器设计方法。
在本实验中,我们主要使用数字滤波器设计方法,即离散时间滤波器设计方法。
二、实验内容(一)设计IIR数字滤波器的步骤:1.确定滤波器类型:根据滤波要求选择合适的滤波器类型,如低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器等。
2.确定滤波器的阶数:根据滤波要求确定滤波器的阶数。
阶数越高,滤波器的频率响应越陡峭,但计算复杂度也越高。
3. 设计滤波器原型:根据滤波要求,设计滤波器的原型。
可以选择Butterworth滤波器、Chebyshev滤波器、Elliptic滤波器等作为原型。
4.选择滤波器结构:根据计算机实现条件和算法复杂度,选择合适的滤波器结构。
常见的滤波器结构有直接形式I、直接形式II、级联形式等。
5.参数化滤波器模型:根据原型滤波器的差分方程,选择合适的参数化方法。
常见的参数化方法有差分方程法、极点/零点法、增益法等。
6.根据参数化的滤波器模型,计算出所有的滤波器系数。
(二)用MATLAB软件实现IIR数字滤波器设计:1.打开MATLAB软件,并创建新的脚本文件。
2. 在脚本文件中,使用MATLAB提供的滤波器设计函数,如butter、cheby1、ellip等,选择合适的滤波器类型进行设计。
电子信息工程系学生实验报告成绩评定教师签名实验课程名称:数字信号处理实验项目名称:IIR数字滤波器设计及软件实现实验时间:2012 年06 月01 日班级:座号:姓名:电子信息工程学院编制实验预习部分一、实验目的(1)熟悉用双线性变换法设计IIR 数字滤波器的原理与方法;(2)学会调用MATLAB 信号处理工具箱中滤波器设计函数(或滤波器设计分析工具fdatool )设计各种IIR 数字滤波器,学会根据滤波需求确定滤波器指标参数。
(3)掌握IIR 数字滤波器的MATLAB 实现方法。
(4)通过观察滤波器输入输出信号的时域波形及其频谱,建立数字滤波的概念。
二、实验原理与方法设计IIR 数字滤波器一般采用间接法(脉冲响应不变法和双线性变换法),应用最广泛的是双线性变换法。
基本设计过程是:①先将给定的数字滤波器的指标转换成过渡模拟滤波器的指标; ②设计过渡模拟滤波器;③将过渡模拟滤波器系统函数转换成数字滤波器的系统函数。
MATLAB 信号处理工具箱中的各种IIR 数字滤波器设计函数都是采用双线性变换法。
第六章介绍的滤波器设计函数butter 、cheby1 、cheby2 和ellip 可以分别被调用来直接设计巴特沃斯、切比雪夫1、切比雪夫2和椭圆模拟和数字滤波器。
本实验要求读者调用如上函数直接设计IIR 数字滤波器。
三、实验内容及步骤(1)调用信号产生函数mstg 产生由三路抑制载波调幅信号相加构成的复合信号st ,该函数还会自动绘图显示st 的时域波形和幅频特性曲线,如图10.4.1所示。
由图可见,三路信号时域混叠无法在时域分离。
但频域是分离的,所以可以通过滤波的方法在频域分离,这就是本实验的目的。
图10.4.1 三路调幅信号st 的时域波形和幅频特性曲线(2)要求将st 中三路调幅信号分离,通过观察st 的幅频特性曲线,分别确定可以分离st 中三路抑制载波单频调幅信号的三个滤波器(低通滤波器、带通滤波器、高通滤波器)的通带截止频率和阻带截止频率。
1、基于Butterworth 型模拟滤波器原型使用冲激不变转换方法设计数字滤波器,要求具有下面的参数指标:通带截止频率:π2.0=p w 通带波动值:dB R p 1=阻带截止频率:π3.0=s w 阻带波动值:dB A s 15=clear all ;Rp=1;As=15;wp=0.2*pi;ws=0.3*pi;T=1;wap=wp/T;was=ws/T; %得到模拟滤波器的频率—采用脉冲响应不变法的频率转换形式[N,wn]=buttord(wap,was,Rp,As,'s'); %计算模拟滤波器的最小阶数[bs,as]=butter(N,wn,'s'); %设计出所需的模拟低通滤波器 [bz,az]=impinvar(bs,as,1/T);%冲激不变法AF 到DF Rip=10^(-Rp/20);Atn=10^(-As/20);[H,w]=freqz(bz,az,512);mag=abs(H);db=20*log10(mag/max(mag));figure;subplot(2,1,1);plot(w/pi,mag);title('幅频特性');xlabel('w(/pi)');ylabel('|H(jw)|');axis([0,1,0,1.1]);set(gca,'XTickMode','manual','XTick',[0 0.2 0.3 0.5 1]); set(gca,'YTickMode','manual','YTick',[0 Atn Rip 1]);grid on ;subplot(2,1,2);plot(w/pi,db);title('幅频特性(db) ');xlabel('w(/pi)');ylabel('dB');axis([0,1,-40,5]);set(gca,'XTickMode','manual','XTick',[0 0.2 0.3 0.5 1]); set(gca,'YTickMode','manual','YTick',[-40 -As -Rp 0]);grid on ;00.20.30.5100.17780.89131幅频特性 李杰 171413275w(/pi)|H (j w )|00.20.30.51-40-15-10幅频特性(db) 李杰 171413275w(/pi)d B2、基于Butterworth 型模拟滤波器原型使用双线性不变法设计数字滤波器,要求具有下面的参数指标:通带截止频率:π2.0=p w 通带波动值:dB R p 1=阻带截止频率:π3.0=s w 阻带波动值:dB A s 15=clear all ;Rp=1;As=15;wp=0.2*pi;ws=0.3*pi;T=1;wap=2/T*tan(wp/2);was=2/T*tan(ws/2);[N,wn]=buttord(wap,was,Rp,As,'s'); %计算模拟滤波器的最小阶数[bs,as]=butter(N,wn,'s'); %设计出所需的模拟低通滤波器 [bz,az]=bilinear(bs,as,1/T);%双线性变换法 Rip=10^(-Rp/20);Atn=10^(-As/20);[H,w]=freqz(bz,az,512);mag=abs(H);db=20*log10(mag/max(mag));figure;subplot(2,1,1);plot(w/pi,mag);title('幅频特性');xlabel('w(/pi)');ylabel('|H(jw)|');axis([0,1,0,1.1]);set(gca,'XTickMode','manual','XTick',[0 0.2 0.3 0.5 1]); set(gca,'YTickMode','manual','YTick',[0 Atn Rip 1]); grid on ;subplot(2,1,2);plot(w/pi,db);title('幅频特性(db) ');xlabel('w(/pi)');ylabel('dB');axis([0,1,-40,5]);set(gca,'XTickMode','manual','XTick',[0 0.2 0.3 0.5 1]); set(gca,'YTickMode','manual','YTick',[-40 -As -Rp 0]); grid on ;00.20.30.5100.17780.89131幅频特性 李杰 171413275w(/pi)|H (j w )|00.20.30.51-40-15-10幅频特性(db) 李杰 171413275w(/pi)d B。
数字信号处理实验报告姓名:张贤辉班级:078205130 第一题wp=0.4*pi;ws=0.6*pi;ap=0.5;as=50;%[b,a]=afd_butt(omgp,omgs,ap,as);[N,wc]=buttord(wp,ws,ap,as,'s');[b,a]=butter(N,wc,'s');w=[0:1:500]*pi/500;h=freqs(b,a,w);subplot(221);plot(w/pi,abs(h));title('幅度响应');grid;subplot(223);plot(w/pi,20*log10(abs(h)));title('幅度响应(dB)');grid;subplot(222);plot(w/pi,angle(h)*180/pi);title('相频响应');grid;subplot(224);impulse(b,a);tiltle('脉冲响应');grid;第二题T=1;Fs=1/T;wpz=0.4;wsz=0.6;%[b,a]=afd_butt(omgp,omgs,ap,as);wp=(2/T)*tan(wpz*pi/2);ws=(2/T)*tan(wsz*pi/2);ap=0.5;as=50;[N,wc]=buttord(wp,ws,ap,as,'s');[b,a]=butter(N,wc,'s');%w=[0:1:500]*pi/500;[Bz,Az]=bilinear(b,a,Fs);[h,w]=freqz(Bz,Az);subplot(221);plot(w/pi,abs(h));title('幅度响应');grid;subplot(223);plot(w/pi,20*log10(abs(h)));title('幅度响应(dB)');grid; subplot(222);plot(w/pi,angle(h));title('相频响应');grid;n=[0:1:59];imp=[1;zeros(59,1)];y=filter(Bz,Az,imp);subplot(224);plot(n,y);title('脉冲响应');grid;T=1;Fs=1/T;wpz=0.2;wsz=0.4;%[b,a]=afd_butt(omgp,omgs,ap,as);wp=(2/T)*tan(wpz*pi/2);ws=(2/T)*tan(wsz*pi/2);ap=0.25;as=50;[N,wc]=buttord(wp,ws,ap,as,'s');[b,a]=butter(N,wc,'s');%w=[0:1:500]*pi/500;[Bz,Az]=bilinear(b,a,Fs);[h,w]=freqz(Bz,Az);subplot(221);plot(w/pi,abs(h));title('幅度响应');grid;subplot(223);plot(w/pi,20*log10(abs(h)));title('幅度响应(dB)');grid; subplot(222);plot(w/pi,angle(h));title('相频响应');grid;n=[0:1:59];imp=[1;zeros(59,1)];y=filter(Bz,Az,imp); subplot(224);plot(n,y);title('脉冲响应');grid;数字信号实验报告姓名:张贤辉班级:078205130 一、实验目的(1)熟悉双线性变换法设计IIR数字滤波器的原理与方法(2)熟悉用脉冲响应不变法设计IIR数字滤波器的原理与方法二、实验原理理解脉冲响应变换和双线性变换原理,会用MTLAB设计基本的IIR数字滤波器三、修改后的实验程序功能函数function [b,a]=u_buttap(N,OmegaC);[z,p,k]=buttap(N);p=p*OmegaC;k=k*OmegaC^N;B=real(poly(z));b=k*B;b0=k;a=real(poly(p));功能函数function [b,a]=afd_butt(Omgp,Omgs,Ap,As);if Omgp<=0error('passband edge must be lager than 0')endif Omgs<=Omgperror('Stopband edge must be lager than Passband edge')endif (Ap<=0)|(As<0)error('PB ripple and/or SB attention must be lager than 0')endN=ceil((log10((10^(Ap/10)-1)/(10^(As/10)-1)))/(2*log10(Omgp/Omgs)));fprintf('\n***Butterworth Filter Order=%2.0f\n',N);OmegaC=Omgp/((10^(Ap/10)-1)^(1/(2*N)));[b,a]=u_buttap(N,OmegaC);(1)T=1;Fs=1/T;OmegaP=0.4*pi/T;OmegaS=0.6*pi/T;Ap=0.5;As=50;%[b,a]=afd_butt(omgp,omgs,ap,as);%[N,wc]=buttord(wp,ws,ap,as,'s');%[b,a]=butter(N,wc,'s');[cs,ds]=afd_butt(OmegaP,OmegaS,Ap,As);%w=[0:1:500]*pi/500;%h=freqs(b,a,w);[b,a]=impinvar(cs,ds,Fs);[h,w]=freqz(b,a);subplot(2,2,1);plot(w/pi,abs(h));title('幅度响应');grid;subplot(2,2,3);plot(w/pi,20*log10(abs(h)));title('幅度响应(dB)'); grid; subplot(2,2,2);plot(w/pi,angle(h)*180/pi);title('相频响应');grid;n=[0:1:59];imp=[1;zeros(59,1)];y=filter(b,a,imp);subplot(2,2,4);plot(n,y);title('脉冲响应');grid;(2)T=1;Fs=1/T;wpz=0.4;wsz=0.6;%[b,a]=afd_butt(omgp,omgs,ap,as);wp=(2/T)*tan(wpz*pi/2);ws=(2/T)*tan(wsz*pi/2);ap=0.5;as=50;%[N,wc]=buttord(wp,ws,ap,as,'s');%[b,a]=butter(N,wc,'s');[b,a]=afd_butt (OmegaP, OmegaS, AP, as);[BZ, AZ]=bilinear(b,a,Fs);[h,w]=freqz(Bz,Az);subplot(221);plot(w/pi,abs(h));title('幅度响应');grid;subplot(223);plot(w/pi,20*log10(abs(h)));title('幅度响应(dB)');grid;subplot(222);plot(w/pi,angle(h));title('相频响应');grid;n=[0:1:59];imp=[1;zeros(59,1)];y=filter(Bz,Az,imp);subplot(224);plot(n,y);title('脉冲响应');grid;四、实验总结运行前应先将要计算的IIR数字滤波器功能函数在MALAB中生成脚本文件然后运行脚本文件,上图是用脉冲响应变换和双线性变换运行后生成的IIR数字滤波图。
iir滤波器设计实验报告IIR滤波器设计实验报告一、实验目的本实验旨在通过实际操作,掌握IIR滤波器的基本设计方法,了解滤波器性能参数对滤波效果的影响,加深对滤波器理论的理解。
二、实验原理IIR滤波器(Infinite Impulse Response)是一种离散时间滤波器,其系统函数具有无限长的时间响应。
IIR滤波器设计方法主要包括冲激响应不变法和双线性变换法。
本实验采用冲激响应不变法进行设计。
三、实验步骤1. 确定滤波器性能参数:根据实际需求,确定滤波器的类型(低通、高通、带通、带阻)、通带边缘频率、阻带边缘频率、通带波动和阻带衰减等性能参数。
2. 计算滤波器系数:根据冲激响应不变法,利用Matlab编程计算滤波器系数。
具体过程包括定义系统函数、计算冲激响应、计算频率响应等步骤。
3. 编写滤波器程序:根据计算出的滤波器系数,编写IIR滤波器程序。
程序应实现输入信号的滤波处理,并输出滤波后的信号。
4. 测试滤波器性能:对编写的滤波器程序进行测试,观察其滤波效果,分析性能参数对滤波效果的影响。
5. 优化滤波器性能:根据测试结果,对滤波器性能参数进行调整,优化滤波效果。
四、实验结果及分析通过本次实验,我们成功地设计并实现了IIR滤波器。
在测试过程中,我们观察到了滤波器对不同频率信号的过滤效果,并分析了性能参数对滤波效果的影响。
具体来说,通带边缘频率决定了滤波器对低频信号的过滤程度,阻带边缘频率则影响对高频信号的过滤程度。
通带波动和阻带衰减则分别反映了滤波器在通带和阻带的波动程度和衰减程度。
通过对这些性能参数的调整,我们可以实现对不同类型信号的有效过滤。
五、实验总结通过本次实验,我们深入理解了IIR滤波器的工作原理和设计方法,掌握了Matlab编程在滤波器设计中的应用。
实验过程中,我们不仅学会了如何根据实际需求选择合适的性能参数,还学会了如何调整这些参数以优化滤波效果。
此外,我们还观察到了不同性能参数对滤波效果的影响,加深了对滤波器理论的理解。
数字信号处理IIR数字滤波器实验报告通信与信息系统****** dragon_hm@
一、实验名称
设计IIR数字低通滤波器
二、实验目的
1、掌握IIR数字低通滤波器的设计方法和步骤;
2、掌握频率变换的原理和方法;
3、利用设计的IIR数字滤波器,检验、观察滤波效果。
三、实验原理
1、设计IIR数字滤波器一般有两种方法:
a)先设计一个相应指标的模拟滤波器H a(s),然后将其数字化,即将s平面映射到z平
面得到所需的数字滤波器H(z);
b)在z平面直接设计IIR数字滤波器,给出闭合形式的公式,或是以所希望的滤波器响
应作为依据,直接在z平面上通过多次选定极点和零点的位置,以逼近该响应;
本实验使用第一种方法。
2、用双线性变换法设计数字低通巴特渥斯滤波器
设定:阶次,数字域截止频率
1)巴特渥斯模拟滤波器幅度平方函数:
()|H a( )|
()
其中为整数,是滤波器的阶次;为截止频率。
2)令,则,故3阶巴特渥斯滤波器的系统函数为:
H a(s)
(s s s)
3)将模拟滤波器的系统函数H a(s)表示为一般形式:
H a(s)∑s
s
s s s
上式已假定分子与分母的阶次都等于,若分子阶次小于分母的阶次,则只需中后面几个为零值就可以了。
4)通过双线性变换法将所求得的模拟滤波器的系统函数H a(s)数字化为数字滤波器的系
统函数H(z),双线性变换公式为:
z s s
5)双线性变换得到的数字系统函数H(z)的一般表达式为:
H(z)∑z
z
z z z
由H a(s)的系数表示经双线性变换后的H(z)的系数(表中⁄)参见课本P194中的表5-2。
至此,用双线性变换法设计数字低通巴特渥斯滤波器的工作已全部完成。
3、IIR数字滤波器的频率变换
实际中使用的数字滤波器除低通型外,还有高通型、带通型、带阻型等,设计高通、带通、带阻等数字滤波器常用的方式是:先设计低通型的数字滤波器,然后用数字频率变换法将它转换成某种类型的数字滤波器。
由截止频率为的低通数字滤波器变换成高通数字滤波器的公式为:
z
其中
s()
s()
为要求的截止频率。
将变换公式带入低通数字滤波器系统函数H(z)中,整理得到高通数字滤波器的系统函数H( )。
四、实验内容
实验平台:MATLAB R2010a
1、用双线性变换法设计IIR数字低通巴特渥斯滤波器,设定:阶次,数字域截止频
率;
2、检验观察滤波效果
1)输入序列为单位取样,通过IIR数字低通滤波器,观察滤波前和滤波后的时域、频
域的波形变化;
2)输入序列为占空比为0.1的2周期矩形序列,通过IIR数字低通滤波器,观察滤波前
和滤波后的时域、频域的波形变化;
3)输入序列为2周期的三角序列,通过IIR数字低通滤波器,观察滤波前和滤波后的时
频域的波形变化;
3、利用截止频率为的低通数字滤波器变换成高通数字滤波器的公式,将本实验
所设计的数字低通滤波器变换为数字高通滤波器( );并且在输入序列为单位取样时,观察滤波前和滤波后的时域、频域的波形变化。
五、实验结果
1、输入序列:采样点数为256个点的单位取样
由结果可知:在时域上单位取样信号通过滤波器后发上了变化,不再是理想的单位取样信号,这是由于滤波器滤掉了某些频率分量造成的。
在频域上,单位取样信号经过滤波后输出结果为有最大平坦振幅特性的滤波曲线,这符合巴特渥斯滤波器的振幅特性。
2、输入序列:采样点数为256个点,占空比为0.1的2周期矩形序列
由结果可知:在频域上,高频成分的频率分量都滤掉了。
在时域上,理想的矩形序列在边缘处缓慢减小,这是因为变化较快的不连续的地方造成的高频分量被滤波器滤掉后其时域的波形也就不再锐变。
3、输入序列:采样点数为256个点,2周期三角形序列
由结果可知:在时域和频域中,三角波形都没有发生明显的变化,这是因为三角波信号的频率主要集中在低频部分,在高频部分没有幅度相对较大的分量,因此看不出很明显的滤波效果。
4、高通滤波器输出结果(输入序列:采样点数为256个点的单位取样)
由结果可知:在时域上,单位取样波形变化很大,经过滤波器后的波形出现了负的序列;
在频域上,低频成分被滤掉了,剩下高频成分。