實驗三指導(dǎo)書

DSP實驗三IIR濾波器的設(shè)計與信號濾波指導(dǎo)書1、實驗?zāi)康模?）熟悉用雙線性變換法設(shè)計IIR數(shù)字濾波器的原理與方法。（2）掌握數(shù)字濾波器的計算機(jī)仿真方法。（3）通過觀察對實際心電圖信號的濾波作用，獲得數(shù)字濾波的感性知識。2、實驗原理利用雙線性變換設(shè)計IIR濾波器（只介紹巴特沃斯數(shù)字低通濾波器的設(shè)計），首先要設(shè)計出滿足指標(biāo)要求的模擬濾波器的傳遞函數(shù)QUOTEHa(s)Ha(s)_QUOTEHa(s)Ha(s)__D_Dd__________??如果給定的指標(biāo)為數(shù)字濾波器的指標(biāo)，則首先要轉(zhuǎn)換成模擬濾波器的技術(shù)指標(biāo)，這里主要是邊界頻率QUOTE蠅p蠅p和QUOTE蠅s蠅s的轉(zhuǎn)換，對QUOTE偽p偽p和QUOTE偽s偽s指標(biāo)不作變化。邊界頻率的轉(zhuǎn)換關(guān)系為QUOTE__D_Dd__________????_________________QUOTE；根據(jù)階數(shù)N查巴特沃斯歸一化低通濾波器參數(shù)表，得到歸一化傳輸函數(shù)QUOTEHa(p)Ha(p)/QUOTE將代入QUOTEHa(p)Ha(p)_D_Dd__________QUOTEHa(s)Ha(s)/(^())/(^()，得到所要設(shè)計的IIR濾波器的系統(tǒng)函數(shù)H(z)。利用所設(shè)計的數(shù)字波器對實際的心電圖采樣信號進(jìn)行數(shù)字濾波。3、實驗步驟及內(nèi)容（1）復(fù)習(xí)有關(guān)巴特沃斯模擬濾波器的設(shè)計和用雙線性變換法設(shè)計IIR數(shù)字濾波器的內(nèi)容，用雙線性變換法設(shè)計一個巴特沃斯IIR低通數(shù)字濾波器。設(shè)計指標(biāo)參數(shù)為：在通帶內(nèi)頻率低于QUOTED_Dd__________（2）以QUOTE0.02蟺0.02蟺/(^())/(^())_D_Dd__________????（3）用所設(shè)計的濾波器對實際心電圖信號采樣序列（實驗數(shù)據(jù)在后面給出）進(jìn)行仿真濾波處理，并分別繪制出濾波前后的心電圖信號波形圖，觀察總結(jié)濾波作用與效果。（4）編寫程序完成各部分實驗內(nèi)容。4、實驗用MATLAB函數(shù)介紹buttord();butter();bilinear();freqz();freqs();filter();figure();plot();stem();abs();title();xlabel();ylabel();text();holdon;axis();gridon;subplot()等。5、實驗用MATLAB函數(shù)介紹（1）用雙線性變換法設(shè)計數(shù)字濾波器過程中，變換公式QUOTEs=2T1-z-11+z-1s=（2）如果用脈沖響應(yīng)不變法設(shè)計該IIR數(shù)字低通濾波器，程序如何改動？實驗報告要求？6、實驗報告要求（1）簡述實驗?zāi)康募皩嶒炘?。?）編程實現(xiàn)各實驗內(nèi)容，列出實驗清單及說明。（3）由繪制的QUOTED_Dd__________e??（4）對比濾波前后的心電圖信號波形，說明數(shù)字濾波器的濾波過程與濾波作用。（5）簡要回答思考題。7、心電圖信號采樣序列x(n)人體心電圖信號在測量過中往往受到工業(yè)高頻干擾，所以必須經(jīng)過低通濾波處理后，才能作為判斷心臟功能的有用信息。下面給的數(shù)據(jù)是一實際心電圖信號采樣序列樣本x(n)，其中存在高頻于擾。本實驗中，以x(n)作為輸入序列，濾出其中的干擾成分。x(n)=[-4,-2,0,-4,-6,-4,-2,-4,-6,-6,4,-4,-6,-6,-2,6,12,80,-16,-38,-60,-84,-90,-66,-32,-4,-2,-4,8,12,12,10,6,6,6,4,0,0,0,0,0,0,-2,-4,0,0,0,-2,-2,0,0,-2,-2,-2,-2,0]（1）復(fù)習(xí)有關(guān)巴特沃斯模擬濾波器的設(shè)計和用雙線性變換法設(shè)計IIR數(shù)字濾波器的內(nèi)容，用雙線性變換法設(shè)計一個巴特沃斯IIR低通數(shù)字濾波器。設(shè)計指標(biāo)參數(shù)為：在通帶內(nèi)頻率低于0.2pi時，最大衰減小于1dB;在阻帶內(nèi)[0.3*pi,pi]頻率區(qū)間上，最小衰減大于15dB。用buttord,butter指令實現(xiàn)實驗代碼：clc;Rp=1;Rs=15;wp=0.2*pi/pi;ws=0.3*pi/pi;Fs=1;%選擇濾波器的最小階數(shù)[N,Wn]=buttord(wp,ws,Rp,Rs);%用雙線性變換法的butter指令直接實現(xiàn)IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計[bz,az]=butter(N,Wn);%繪制頻率響應(yīng)曲線[H,W]=freqz(bz,az);subplot(2,2,1);plot(W,20*log(abs(H)));gridxlabel('頻率/弧度')ylabel('對數(shù)幅頻響應(yīng)/dB')axis([00.4*pi-401])（2）以0.02*pi為采樣間隔，繪制出數(shù)字濾波器在頻率區(qū)間[0,pi/2]上的幅頻特性曲線試驗程序：w=0:0.02*pi:pi/2%length(w)),length(H)),%length(H(1:10:256))%plot(w,abs(H(1:10:256)));subplot(2,2,2);plot(w,20*log(abs(H(1:10:256))));gridxlabel('頻率/弧度')ylabel('對數(shù)幅頻響應(yīng)/dB')axis([00.4*pi-401])（3）用所設(shè)計的濾波器對實際心電圖信號采樣序列（實驗數(shù)據(jù)在后面給出）進(jìn)行仿真濾波處理，并分別繪制出濾波前后的心電圖信號波形圖，觀察總結(jié)濾波作用與效果。心電圖信號采樣序列x(n)人體心電圖信號在測量過中往往受到工業(yè)高頻干擾，所以必須經(jīng)過低通濾波處理后，才能作為判斷心臟功能的有用信息。下面給的數(shù)據(jù)是一實際心電圖信號采樣序列樣本x(n)，其中存在高頻于擾。本實驗中，以x(n)作為輸入序列，濾出其中的干擾成分。x(n)=[-4,-2,0,-4,-6,-4,-2,-4,-6,-6,4,-4,-6,-6,-2,6,12,80,-16,-38,-60,-84,-90,-66,-32,-4,-2,-4,8,12,12,10,6,6,6,4,0,0,0,0,0,0,-2,-4,0,0,0,-2,-2,0,0,-2,-2,-2,-2,0]實驗程序：%x(n)=[-4-20-4-6-4-2-4-64-4-6-6-261280-16-38-60-84-90-66-32-4-2-48121210666400000-2-4000-2-200-2-2-2-20]%定義原始心電信號x=[-4-20-4-6-4-2-4-64-4-6-6-261280-16-38-60-84-90-66-32-4-2-48121210666400000-