基于MATLAB的IIR数字滤波器的设计与开发.docx

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1、客户反馈及时反馈就好啦就很烦了石家庄铁道大学四方学院毕业设计基于MATLAB的IIR数字滤波器的设计及应用Design and Application of IIR Digital FilterBased on MATLAB_指导教师签字时间年 月 日解放东路课时费老师打款回复了数字滤波器利用离散系统的特性对系统输入信号进行加工和变换，改变输入序列的频谱或信号波形，让有用的频率分量通过，抑制无用的信号分量输出。工业零件遍布在我们的日常用品中，但在工业零件的加工过程中常出现划痕，擦伤，点痕的现象,为了高效的从中采集需要的合格的工业零件，利用数字滤波器来分析以加噪的形式(如椒盐噪声)模拟获取工业零

2、件时的粉尘、点痕等，之后通过去噪和滤波达到获取合格零件的目的。本文研究了在MATLAB环境下无限脉冲响应(IIR)数字滤波器的设计方法及其应用，在滤波器设计中，先进行模拟滤波器的设计，然后进行模拟-数字滤波器转换,即采用脉冲响应不变法及双线性变化法设计数字滤波器，再进行滤波器的频带转换，最后选择已设计出的滤波器对工业零件进行处理，在处理过程中调节滤波器的相关参数，从而得到理想的效果。同时，本设计实现的IIR滤波器的阶次较低，所用的存储单元较少，效率高，精度高，而且能够保留一些模拟滤波器的优良特性，因此应用很广。尤其在图像处理、数据压缩等方面取得了令人瞩目的进展和成就。鉴于此，数字滤波器的设计就

3、显得尤为重要。关键词：HR数字滤波器MATLAB脉冲响应不变法双线性变换法AbstractDigital filter uses discrete system characteristics to conduct processing andtransformation to the system input signal, change the input sequence spectrum or signalwaveform, let the useful frequency components through, inhibit the outputing of unwantedsig

4、nal components. Industrial parts throughout our daily necessities, but in the processingof industrial parts often appears scratches, abrasions, mark phenomenon, in order tocollection qualified industrial parts effectively, using digital filter analysis to noise forms(such as salt and pepper noise) s

5、imulating the acquisition of industrial parts of the dust,mark, followed by the de-noising and filtering to obtain the purpose of qualified parts.This paper studies the design method and application of the infinite impulse response(IIR) digital filter in the MATLAB environment , in the design of fil

6、ter, the first analogfilter design, then the analog - digital filter conversion, namely using the impulse responsemethod and bilinear transformation method to design digital filter, and then the band of thefilter, the final choice the filter designed for industrial parts processing, in the processad

7、justing filter parameters, so as to get the ideal effect.At the same time, the design and implementation of IIR filter order is relatively low,the storage unit is less, high efficiency, high precision, and can retain some excellentproperties of analog filter , so the application is very wide. It has

8、 achieved remarkableprogress and achievement especially in image processing and data compressionJn view ofthis, the design of digital filter is particularly important.Key words: IIR Digital Filter MATLAB Pulse response method Bilineartransformation method第1章绪论11.1 数字滤波器的分类11.2 数字滤波器的技术指标21.3 数字滤波器的原

9、理21.4 数字滤波器设计方法3第2章 模拟滤波器设计及其MATLAB实现42.1 巴特沃斯低通滤波器设计42.2 切比雪夫低通滤波器设计52.3 椭圆低通滤波器设计7第3章 模拟一数字滤波器变换及其MATLAB实现93.1 脉冲响应不变法93.2 双线性变换法11第4章 频带变换及其MATLAB实现134.1 模拟低通滤波器转换成数字高通滤波器134.2 模拟低通滤波器转换成数字带通滤波器144.3 模拟低通滤波器转换成数字带阻滤波器154.4 小结16第5章IIR数字滤波器的应用175.1 基于脉冲响应不变法设计滤波器的缺陷零件检测175.2 基于双线性变换法设计滤波器的缺陷零件检测185

10、.3 频谱分析185.4 参数分析195.5 小结20第6章 结论与展望21参考文献22致谢23附录24附录A外文资料24附录B程序清单33客户反馈及时反馈就好啦就很烦了第1章绪论数字滤波是数字信号处理的重要基础，数字信号处理主要是研究用数字或符号的序列来表示信号波形，并用数字的方式去处理这些序列，把它们改变成在某种意义上更希望的形式，以便估计信号的特征参量，或削弱信号中的多余分量和增强信号中的有用分量。数字滤波器在对信号的过滤、检测与参数估计等处理过程中，是使用最为广泛的一种线性系统。数字滤波器(Digital Filter,简称为DF)是指完成信号滤波处理功能的、用有限精度算法实现的离散时

11、间线性非时变系统。数字滤波器的输入是一组(由模拟信号取样和量化的)数字量，其输出是经过数字变换的另一组数字量。数字滤波器具有稳定性高、精度高、灵活性大等突出优点。随着数字技术的发展，用数字技术实现滤波器的功能愈来愈受到人们的重视，并得到了广泛的应用。数字信号处理学科的一项重大进展是关于数字滤波器设计方法的研究。60年代中期，开始形成关于数字滤波器的一套完整的正规理论。这一时期，提出了各种各样的数字滤波器结构，有的以运算误差最小为特点，有的则以运算速度高见长；出现了数字滤波器的各种逼近方法和实现方法，对递归和非递归两类滤波器作了全面的比较；统一了数字滤波器的基本概念和理论，对有限冲激响应(IIR

12、)和无限冲激响应(FIR)的认识有了完整理论。70年代后，科学技术蓬勃发展，数字信号处理开始与大规模和超大规模集成电路技术、微处理技术等新工艺新技术结合起来，并引进计算机辅助设计方法，大大丰富了数字滤波器的分析与设计，各种新的数字信号处理系统，也都能用专用数字硬件实时加以实现。相信在未来，随着电子仪器与电子技术应用系统朝着数字化、小型化、自动化以及多功能化等方向发展，包括数字滤波器在内的数字信号处理技术会有以惊人的速度进行飞跃式发展。1.1 数字滤波器的分类数字滤波器从功能上分类：可以分为低通滤波器(LP, Low Pass)、高通滤波器(HP, High Pass) 带通滤波器(BP, Ba

13、nd Pass) 带阻滤波器(BS, Band Stop) o从滤波器的网络结构或者从单位脉冲响应分类：如同模拟滤波器的性能可由g和G(s)来表征一样，数字滤波器的性能完全取决于()和H(z)。因此，数字滤波器可以按照单位取样响应(或称脉冲响应，冲激响应等)。的性质分为两类：有限脉冲响应(Finit6 1mpulse Response)数字滤波器，简称FIR数字滤波器，它的()序列长度是有限的；无限脉冲响应(Infinite Impulse Response)数字滤波器，简称IIR数字滤波器，它的力(八)序列长度是无限的,即当/-8时,()仍有效。1.2 数字滤波器的技术指标以低通滤波器为例，

14、分析数字滤波器设计过程中的相关技术指标：叼和4分别称为通带截止频率和阻带截止频率，通带频率范围为0 4 |司工?，阻带频率范围为4 工 |司 工不。从叼到也称为过渡带，过渡带上的频响一般是单调下降的。通常，通带内和阻带内允许的衰减一般用分贝数表示，通带内允许的最大衰减用%表示，阻带内允许的最小衰减用小表示。对低通滤波器，力和见分别定义为:dB = 201g H(e?dBmax|(*)|% = 201g-dB = 201gHl,%)8 min|“(，可s&=201g 通带:max|)|回 201g阻带中 max|(，w)|其中%越小，通带波纹越小，通带逼近误差就越小；&越大，阻带波纹越小，P3阻

15、带逼近误差就越小；叫与4间距越小，过渡带就越窄。所以低通滤波器的设计指标完全由通带边界频率叫、通带最大衰减、阻带边界频率例和阻带最小衰减确定。1.3 数字滤波器的原理滤波器，顾名思义，其作用是对输入信号起到滤波的作用。对于图1-1所示的LSI系统，其时域输入输出关系为：y()= x()* h(n)解放东路课时费老师打款回复了图1-1若丁()/()的傅立叶变换存在，则输入输出的频域关系是:(1-2)Y(ejw) = X(w)*H(ejw)当输入信号x()通过滤波器系统()后，其输出y()中不再含有阿的频率成分，仅使囱的信号成分通过。因此，滤波器的形状不同，其滤波后的信号结果也不一样。若滤波器的输入、输出都是离散时间信号，那么该滤波器的单位冲激响应力()也必然是离散的，这种滤波器称为数字滤波器(DF, Digital Filter) o利用MATLAB软件时，它仅需线性卷积程序便可实现。而模拟滤波器(AF, Analog Filter)只能用硬件