基于Matlab的數(shù)字高通濾波器設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告

1、長(zhǎng)江大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告題 目 名 稱 基于Matlab的數(shù)字高通濾波器設(shè)計(jì)院 （系） 電子信息學(xué)院 專 業(yè) 班 級(jí) 電子信息工程 學(xué) 生 姓 名 指 導(dǎo) 教 師 輔 導(dǎo) 教 師 開(kāi)題報(bào)告日期 一、題目來(lái)源：隨著信息時(shí)代和數(shù)字化世界的到來(lái)，數(shù)字信號(hào)處理已成為當(dāng)前及其重要的學(xué)科和技術(shù)領(lǐng)域，而在數(shù)字信號(hào)處理中，起著重要作用并已得到廣泛應(yīng)用的是數(shù)字濾波器（DF），它是數(shù)字信號(hào)處理的基礎(chǔ)，可用于消除干擾和除去不需要的背景噪聲等。MATLAB軟件在許多研究領(lǐng)域中都有著廣泛的應(yīng)用，它的頻譜分析和濾波器設(shè)計(jì)功能很強(qiáng)大，可以大大優(yōu)化計(jì)算量，使數(shù)字信號(hào)處理變得十分簡(jiǎn)捷，從而大大提高了設(shè)計(jì)效率。利用MATLAB

2、設(shè)計(jì)濾波器,可以按照設(shè)計(jì)要求非常方便地調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù),極大地減輕了設(shè)計(jì)的工作量,有利于濾波器設(shè)計(jì)的最優(yōu)化。MATLAB因其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能被廣泛應(yīng)用于工程計(jì)算,其豐富的工具箱為工程計(jì)算提供了便利,利用MATLAB信號(hào)處理工具箱可以快速有效地設(shè)計(jì)各種數(shù)字濾波器,設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單方便。二、研究目的和意義 傳統(tǒng)的數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)過(guò)程復(fù)雜，計(jì)算量大，濾波特性調(diào)節(jié)困難，影響了它的應(yīng)用。因此本次論文將研究一種基于MATLAB的數(shù)字高通濾波器。 在數(shù)字高通濾波器的設(shè)計(jì)過(guò)程中，采用MATLAB語(yǔ)言，從分發(fā)揮MATLAB軟件在數(shù)值計(jì)算、圖像處理中的優(yōu)勢(shì)，能非常容易的設(shè)計(jì)出具有嚴(yán)格要求的濾波器。三、閱讀的主要參考文獻(xiàn)及資

3、料名稱1 程佩青，數(shù)字信號(hào)處理，北京：清華大學(xué)出版社，20092 李永全等編，數(shù)字信號(hào)處理，武漢：華中科技大學(xué)出版社，20113 金波，信號(hào)與系統(tǒng)基礎(chǔ)，武漢：華中科技大學(xué)出版社，2012 4 施陽(yáng)等MATLAB語(yǔ)言工具箱西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社,19915 董長(zhǎng)虹等. MATLAB信號(hào)處理與應(yīng)用.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2005 6 美 M.H.海因斯 著，張建華等 譯.數(shù)字信號(hào)處理.北京：科學(xué)出版社，2002 7 張葛祥，李 娜. MATLAB仿真技術(shù)與應(yīng)用.北京：清華大學(xué)出版社，2003 8 樓順天，李博菡.基于MATLAB的系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì).西安：西安電子科技大學(xué)出版社，1998四、國(guó)內(nèi)外研

4、究的主攻方向數(shù)字濾波器精確度高、使用靈活、可靠性高、具有模擬設(shè)備沒(méi)有的許多優(yōu)點(diǎn)已廣泛地應(yīng)用與各個(gè)科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，例如數(shù)字電視、語(yǔ)音、通信、雷達(dá)、聲納、遙感、圖像、 HYPERLINK /search?word=%E7%94%9F%E7%89%A9%E5%8C%BB%E5%AD%A6&fr=qb_search_exp&ie=utf8 t _blank 生物醫(yī)學(xué)以及許多工程應(yīng)用領(lǐng)域。隨著 HYPERLINK /search?word=%E4%BF%A1%E6%81%AF%E6%97%B6%E4%BB%A3&fr=qb_search_exp&ie=utf8 t _blank 信息時(shí)代數(shù)字時(shí)代的到來(lái)數(shù)字

5、濾波技術(shù)已經(jīng)成為一門及其重要的科學(xué)和技術(shù)領(lǐng)域。以往的濾波器大多采用模擬電路技術(shù)，但是模擬電路技術(shù)存在很多難以解決的問(wèn)題，而采用數(shù)字則避免很多類似的難題。當(dāng)然數(shù)字濾波器在其他方面也有很多突出的優(yōu)點(diǎn)都是模擬技術(shù)所不能及的，所以采用數(shù)字濾波器對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理是目前的發(fā)展方向。 數(shù)字濾波在通信。圖像編碼、語(yǔ)音編碼、雷達(dá)等許多領(lǐng)域有著十分廣泛的應(yīng)用。目前， HYPERLINK /search?word=%E6%95%B0%E5%AD%97%E4%BF%A1%E5%8F%B7&fr=qb_search_exp&ie=utf8 t _blank 數(shù)字信號(hào)濾波器的設(shè)計(jì)在圖像處理、數(shù)據(jù)壓縮等方面的應(yīng)用取得了令人矚

6、目的進(jìn)展和成就。近年來(lái)迅速發(fā)展。隨著版本的不斷升級(jí)，它在數(shù)值計(jì)算及符號(hào)計(jì)算功能上得到了進(jìn)一步完善。 MATLAB已經(jīng)發(fā)展成為多學(xué)科、多種工作平臺(tái)的功能強(qiáng)大的大型軟件。在歐美等高校，MATLAB已經(jīng)成為線性代數(shù)、自動(dòng)控制理論、概率論及數(shù)理統(tǒng)計(jì)、數(shù)字信號(hào)處理、時(shí)間序列分析、動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真等高級(jí)課程的基本教學(xué)工具，是攻讀學(xué)位的大學(xué)生、碩士生、博士生必須掌握的基本技能。MATLAB 的主要特點(diǎn)是： 有高性能數(shù)值計(jì)算的高級(jí)算法，特別適合矩陣代數(shù)領(lǐng)域；有大量事先定義的數(shù)學(xué)函數(shù)，并且有很強(qiáng)的用戶自定義函數(shù)的能力；有強(qiáng)大的繪圖功能以及具有教育、科學(xué)和藝術(shù)學(xué)的圖解和可視化的二維、三維圖；基于 HTML 的完整的幫

7、助功能； 適合個(gè)人應(yīng)用的強(qiáng)有力的面向矩陣 ( 向量 ) 的高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言；與其它語(yǔ)言編寫的程序結(jié)合和輸入輸出格式化數(shù)據(jù)的能力；有在多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域解決難題的工具箱。MATLAB作為一個(gè)數(shù)值運(yùn)算軟件和仿真工具正在越來(lái)越多的領(lǐng)域中得到不同程度的應(yīng)用，下面的內(nèi)容估計(jì)還可以大大的擴(kuò)張。主要應(yīng)用領(lǐng)域：1工程運(yùn)算2控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3DSP系統(tǒng)和通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)4測(cè)量與測(cè)試5圖形處理6金融建模與分析應(yīng)用。五、主要研究?jī)?nèi)容、重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問(wèn)題及解決思路 主要內(nèi)容： 1 數(shù)字低通濾波器設(shè)計(jì)的原理與方法；2 將數(shù)字低通轉(zhuǎn)化為數(shù)字高通濾波器原理與方法；3 用MATLAB設(shè)計(jì)一具體IIR數(shù)字高通濾波器并仿真繪制幅頻響應(yīng)曲線；

8、目標(biāo)及具體要求：1 掌握數(shù)字低通濾波器設(shè)計(jì)原理和方法；2 掌握由數(shù)字低通向數(shù)字高通轉(zhuǎn)換原理和方法；3 掌握MATLAB程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)，并設(shè)計(jì)一具體IIR數(shù)字高通濾波器，仿真繪制出其幅頻響應(yīng)；4 最好具有總體框架圖、典型界面圖。 設(shè)計(jì)思路： IIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)思路與步驟IIR 數(shù)字濾波器可用一個(gè)n階差分方程y(n)=brx(n-r)+aky(n-k),或用它的Z域系統(tǒng)函數(shù):對(duì)照模擬濾波器的傳遞函數(shù):模擬濾波器技術(shù)指標(biāo)相應(yīng)的模擬濾波器設(shè)計(jì) 不難看出,數(shù)字濾波器與模擬濾波器的設(shè)計(jì)思路相仿,其設(shè)計(jì)實(shí)質(zhì)也是尋找一組系數(shù)b,a,去逼近所要求的頻率響應(yīng),使其在性能上滿足預(yù)定的技術(shù)要求;不同的是模擬濾波

9、器的設(shè)計(jì)是在S平面上用數(shù)學(xué)逼近法去尋找近似的所需特性H(S),而數(shù)字濾波器則是在Z平面尋找合適的H(z)。IIR數(shù)字濾波器的單位響應(yīng)是無(wú)限長(zhǎng)的,而模擬濾波器一般都具有無(wú)限長(zhǎng)的單位脈沖響應(yīng),因此與模擬濾波器相匹配。由于模擬濾波器的設(shè)計(jì)在理論上已十分成熟,因此數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是將H(S)H(Z),即,利用復(fù)值映射將模擬濾波器離散化。已經(jīng)證明,沖擊響應(yīng)不變法和雙線性變換法能較好地?fù)?dān)當(dāng)此任,則在此基礎(chǔ)上,數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)就可首先歸結(jié)為模擬濾波器的設(shè)計(jì)了。指標(biāo)參數(shù)變換數(shù)字濾波器技術(shù)指標(biāo)模擬濾波器離散化數(shù)字濾波器 要設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字濾波器去仿真一個(gè)模擬濾波器有脈沖響應(yīng)不變法和雙線性變換法。其設(shè)計(jì)過(guò)程都是由

10、給定的模擬濾波器的系統(tǒng)函數(shù)Ha(s)去變換出相應(yīng)的數(shù)字濾波器的系統(tǒng)函數(shù)H(z)。脈沖響應(yīng)不變法的設(shè)計(jì)過(guò)程如下：1.已知一模擬濾波器系統(tǒng)函數(shù)：(設(shè)MN)2.為方便求出其時(shí)域單位脈沖響應(yīng)，將上式化為部分分式之和的形式：3.由拉氏反變換得模擬濾波器在時(shí)域的單位脈沖響應(yīng)：4.由時(shí)域的數(shù)字仿真的條件（即脈沖響應(yīng)不變準(zhǔn)則）可得相應(yīng)的數(shù)字濾波器的脈沖響應(yīng)：再對(duì)兩邊進(jìn)行Z變換，即可得到數(shù)字濾波器的系統(tǒng)函數(shù)： 最后將數(shù)字低通濾波器通過(guò)數(shù)字頻帶變化轉(zhuǎn)化為數(shù)字高通濾波器： 低通頻率響應(yīng)在單位圓上旋轉(zhuǎn)180，即得到高通頻率響應(yīng):Z-Z Z=G(Z)=(Z)1Z=(Z)(1Z)六、完成畢業(yè)設(shè)計(jì)所必須具備的工作條件（如工具書、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、某類市場(chǎng)調(diào)研、實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)環(huán)境