《数字信号处理》课程设计-巴特沃斯带阻滤波器的设计.docVIP

郑州轻工业学院 课 程 设 计 任 务 书 题目 模拟巴特沃斯带阻滤波器的设计 专业、班级 信息08-1 学号 200807070129 姓名 主要内容、基本要求、主要参考资料等： 1、主要内容 1）设计巴特沃斯模拟低通原型滤波器； 2）按频率变换设计巴特沃斯模拟带阻滤波器； 3）对比模拟低通原型滤波器和模拟带阻滤波器并加以分析 2、基本要求 （1）编制MATLAB下的m文件实现主要内容。 （2）书写课程设计报告。 3、主要参考资料 杨永双等编.数字信号处理实验指导书.郑州：郑州轻工业学院，200 第一章、理论简单介绍 1 1、1 MATLAB概述 1 1、2 滤波器设计 2 1、3 基本定理 4 第二章、设计目的、要求、指标 5 2、1 设计目的 5 2、2 设计要求 5 2、3 设计指标 6 第三章、程序代码和结果分析 6 3、1 程序代码 6 3、2结果与分析 7 心得体会 8 参考文献: 10 第一章、理论简单介绍 1、1 MATLAB概述 MATLAB 是一个可视化的计算程序，被广泛地应用在科学运算领域里。它具有功能强大、使用简单等特点，内容包括：数值计算、符号计算、数据拟合、图形图像处理、系统模拟和仿真分析等功能。此外，用Matlab还可以进行动画设计、有限元分析等。 MATLAB系统包括五个主要部分： 1）开发环境：这是一组帮助你使用MATLAB的函数和文件的工具和设备。这些工具大部分是图形用户界面。它包括MATLAB桌面和命令窗口，命令历史，和用于查看帮助的浏览器，工作空间，文件和查找路径。 2）MATLAB数学函数库：这里汇集了大量计算的算法，范围从初等函数如：求和，正弦，余弦和复数的算术运算，到复杂的高等函数如：矩阵求逆，矩阵特征值，贝塞尔(Bessel)函数和快速傅立叶变换等。 3）MATLAB语言：这是一种高水平的矩阵/数组语言，含有控制流语句，函数，数据结构，输入/输出，和面向对象编程特征。它允许“小型编程”以迅速创立快速抛弃型程序，以及“大型编程”以创立完整的大型复杂应用程序。 4）句柄制图：这是MATLAB制图系统。它包括高级别的二维、三维数据可视化，图像处理，动画，以及表现图形的命令。它还包括低级别的命令，这使你不但能在MATLAB的应用中建立完整的图形用户界面，而且还能完全定制图形的外观。 5）MATLAB应用程序界面(API)：这是使你编写与MATLAB相合的C或Fortran程序的程序库。它包括从MATLAB中调用程序（动态链接）， 调用MATLAB为计算引擎，和读写MAT-文件的设备。 1、2 滤波器设计 在数字信号处理中，滤波占有极其重要的作用，滤波器是谱分析、雷达信号处理、通信信号处理应用中的基本处理算法。目前常用的滤波器设计方法普遍采用Matlab仿真。 1）巴特沃斯滤波器 巴特沃斯滤波器模拟低通滤波器的平方幅频响应函数为： (1.1) 式中，为低通滤波器的截止频率，N为滤波器的阶数。 巴特沃斯滤波器的特点：通带内具有最大平坦的频率特性，且随着频率增大平滑单调下降；阶数愈高，特性愈接近矩形，过渡带愈窄，传递函数无零点。 这里的特性接近矩形，是指通带频率响应段与过渡带频率响应段的夹角接近直角。通常该角为钝角，如果该角为直角，则为理想滤波器。 2）带阻滤波器的设计规范 本设计中分别用h(t)、H(s)、Ha(j)表示模拟滤波器的单位脉冲相应、系统函数、频率响应函数，三者的关系如下： Ha(s) = LT[ha(t)] =edt Ha(j)=FT[ha(t)] =edt 可以用h(t)、H(s)、Ha(j)中任一个描述模拟滤波器，也可以用线性常系数微分方程描述模拟滤波器。但是设计模拟滤波器时，设计指标一般由幅频相应函数|Ha(j)|给出，而模拟滤波器设计就是根据设计指标，求系统函数H(s)。 工程实际中通常用所谓的损耗函数即衰减函数A（）来描述滤波器的幅频响应特性，对归一化幅频响应函数，A（）定义如下： A（）=-20lg|Ha(j)|=-10lg|Ha(j)| dB 模拟带阻滤波器的设计指标参数有、、、、。和分别表示带阻滤波器的通带下边界频率和通带上边界频率；和分别表示带阻滤波器的阻带下边界频率和阻带上边界频率。1和2分别称为通带和阻带波纹幅度。 带阻滤波器 1、3 基本原理 1）无失真传输 所谓信号无失真传输是指输入信号通过系统后，输出信号的幅值和输入信号的幅值成正比。允许有一定的延时，但没有波形上的畸变。即系统的幅频响应||应为常数，相频响应应与频率成比例。或者说，滤波器应具有无限宽的定值幅频与线性相频。通常定义群延迟为信号系统的延迟时间为td()，用函数表示为： ||=C (常数)且td=