试验三FIR数字滤波器的设计.docVIP

实验FIR数字滤波器的设计 1．熟悉FIR滤波器的设计基本方法 2．掌握用窗函数设计FIR数字滤波器的原理与方法，熟悉相应的计算机高级语言编程。 3．熟悉线性相位FIR滤波器的幅频特性和相位特性。 4．了解各种不同窗函数对滤波器性能的影响。 二、实验原理与方法 FIR滤波器的设计问题在于寻求一系统函数，使其频率响应逼近滤波器要求的理想频率响应，其对应的单位脉冲响应。 1．用窗函数设计FIR滤波器的基本方法 设计思想：从时域从发，设计逼近理想。设理想滤波器的单位脉冲响应为。以低通线性相位FIR数字滤波器为例。 一般是无限长的，且是非因果的，不能直接作为FIR滤波器的单位脉冲响应。要想得到一个因果的有限长的滤波器h(n)，最直接的方法是截断，即截取为有限长因果序列，并用合适的窗函数进行加权作为FIR滤波器的单位脉冲响应。按照线性相位滤波器的要求，h(n)必须是偶对称的。对称中心必须等于滤波器的延时常数，即 用矩形窗设计的FIR低通滤波器，所设计滤波器的幅度函数在通带和阻带都呈现出振荡现象，且最大波纹大约为幅度的9%，这个现象称为吉布斯（Gibbs）效应。为了消除吉布斯效应，一般采用其他类型的窗函数。 2．典型的窗函数 （1）矩形窗(Rectangle Window) 其频率响应和幅度响应分别为： ， （2）三角形窗(Bartlett Window) 其频率响应为： （3）汉宁(Hanning)窗，又称升余弦窗 其频率响应和幅度响应分别为： （4）汉明(Hamming)窗，又称改进的升余弦窗 其幅度响应为： （5）布莱克曼(Blankman)窗，又称二阶升余弦窗 其幅度响应为： （6）凯泽(Kaiser)窗 其中：β是一个可选参数，用来选择主瓣宽度和旁瓣衰减之间的交换关系，一般说来，β越大，过渡带越宽，阻带越小衰减也越大。I0(·)是第一类修正零阶贝塞尔函数。 若阻带最小衰减表示为，β的确定可采用下述经验公式： 若滤波器通带和阻带波纹相等即δp=δs时，滤波器节数可通过下式确定： 式中： 3．利用窗函数设计FIR滤波器的具体步骤如下： （1）按允许的过渡带宽度△ω及阻带衰减AS，选择合适的窗函数，并估计节数N： 其中A由窗函数的类型决定。 （2）由给定的滤波器的幅频响应参数求出理想的单位脉冲响应。 （3）确定延时值 （4）计算滤波器的单位取样响应，。 （5）验算技术指标是否满足要求。 三、主要实验仪器及材料 微型计算机、Matlab6.5教学版、TC编程环境。 四、实验内容及步骤 1．知识准备 在实验编程之前，认真复习有关FIR滤波器设计的有关知识，尤其是窗函数的有关内容，阅读本次实验指导，熟悉窗函数及四种线性相位FIR滤波器的特性，掌握窗函数设计滤波器的具体步骤。 2．编制窗函数设计FIR滤波器的主程序及相应子程序。绘制它的幅频和相位曲线，观察幅频和相位特性曲线的变换情况，注意长度N对曲线的影响。 (1) 设计一线性相位FIR数字低通滤波器，截止频率，过渡带宽度，阻带衰减dB。 (2) 设计一线性相位FIR数字高通滤波器，要求通带截止频率，阻带截止频率，通带最大衰减，阻带最小衰减。??? (3) 用Kaiser窗设计满足下列指标的线性相位FIR低通滤波器。，，Ap=1dB, As=40dB。 五、实验思考 1．定性地说明用本实验程序设计的FIR滤波器的3dB截止频率在什么位置？它等于理想频率响应Hd(ejω)的截止频率吗？ 2．如果没有给定h(n)的长度N，而是给定了通带边缘截止频率ωc和阻带临界频率ωp，以及相应的衰减，你能根据这些条件用窗函数法设计线性相位FIR低通滤波器吗？ 六、实验报告要求 1．简述实验原理及目的。 2．按照实验步骤及要求，比较各种情况下的滤波性能。 3．总结实验所得主要结论。 4．简要回答思考题。