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类型基于MATLAB下的数字信号处理与仿真.pdf

  • 上传人:HR专家
  • 文档编号:11408078
  • 上传时间:2020-04-17
  • 格式:PDF
  • 页数:2
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    关 键  词:
    基于MATLAB下的数字信号处理与仿真.pdf
    资源描述:

    1、 自 动 化 与 仪 器 仪 表 Z IDO NGHUA Y U Y IQ IY IB IAO 2005年 第 6期 总 第 122期 文 章 编 号 1001 9227 2005 06 0082 02 基 于 MATLAB下 的 数 字 信 号 处 理 与 仿 真 涂 玲 英 张 小 华 邹 玲 湖 北 工 业 大 学 电 气 与 电 子 工 程 学 院 武 汉 430068 摘 要 对 IIR滤 波 器 模 型 进 行 了 详 细 的 理 论 分 析 利 用 MATLAB工 具 箱 重 要 函 数 及 图 形 用 户 界 面 工 具 SPTool设 计 IIR数 字 滤 波 器 并 以 此

    2、 为 基 础 在 Simulink下 实 现 对 IIR数 字 滤 波 器 可 视 化 建 模 与 动 态 仿 真 关 键 词 仿 真 数 字 滤 波 器 MATLAB SPTool Simulink AB STRAC T Analyze the theory of IIR D igital Filter model in detail utilize the important functions of MATLAB toolbox and a figure user interface tool which is called SPTool to design IIR D igital F

    3、ilter and ba2 sing on them realize the visual modeling and dynam ic simulation of IIR D igital Filter under Simulink KEYWO RD S Simulation D igital filter MATLAB SPTool Simulink 中 图 分 类 号 TP211 文 献 标 识 码 B 0 引 言 数 字 滤 波 器 是 数 字 信 号 处 理 的 重 要 组 成 部 分 它 是 在 模 拟 滤 波 器 的 基 础 上 发 展 起 来 的 与 模 拟 滤 波 器 相 比

    4、有 着 精 度 稳 定 性 高 使 用 灵 活 便 于 实 现 多 维 滤 波 及 大 规 模 集 成 等 优 点 而 得 以 在 科 学 技 术 领 域 中 得 到 广 泛 应 用 利 用 MATLAB软 件 的 优 越 的 数 字 分 析 及 仿 真 功 能 对 电 子 及 通 信 专 业 的 学 生 结 合 所 学 专 业 理 论 知 识 理 解 数 字 滤 波 器 及 数 字 滤 波 具 有 一 定 参 考 价 值 1 IIR滤 波 器 设 计 建 模 1 1 设 计 思 路 IIR滤 波 器 具 有 无 限 宽 的 冲 激 响 应 因 而 与 模 拟 滤 波 器 相 匹 配 而 模

    5、拟 滤 波 器 设 计 可 借 助 于 许 多 图 表 与 公 式 因 此 设 计 数 字 滤 波 器 可 以 按 技 术 要 求 先 设 计 一 个 模 拟 滤 波 器 具 Ha S 再 按 一 定 的 转 换 关 系 将 Ha S 转 换 成 相 应 的 数 字 滤 波 器 H Z 设 计 IIR滤 波 器 通 常 有 两 种 方 法 第 一 种 方 法 先 设 计 模 拟 低 通 滤 波 器 然 后 通 过 频 带 变 换 成 为 其 它 频 带 滤 波 器 带 通 高 通 等 最 后 通 过 滤 波 器 变 换 而 得 到 数 字 域 IIR滤 波 器 第 二 种 方 法 先 设 计

    6、模 拟 低 通 滤 波 器 然 后 通 过 滤 波 器 变 换 而 得 到 数 字 域 的 低 通 滤 波 器 最 后 通 过 频 带 变 换 而 得 到 期 望 的 IIR滤 波 器 收 稿 日 期 2005 08 14 1 2 模 拟 到 数 字 滤 波 器 的 设 计 根 据 前 面 介 绍 的 二 种 方 法 便 可 将 模 拟 的 Ha S 转 换 成 数 字 滤 波 器 的 系 统 函 数 H Z MATLAB工 具 箱 中 函 数 buttord butter就 是 根 据 以 上 关 系 编 写 的 因 此 设 计 时 无 需 记 忆 就 可 以 使 用 了 2 MATLAB下

    7、 IIR数 字 滤 波 器 设 计 2 1 确 定 数 字 滤 波 器 的 H Z 设 计 指 标 如 下 设 计 一 Butterworth数 字 低 通 滤 波 器 通 带 内 W Wp 0 2 幅 度 衰 减 不 大 于 1dB 阻 带 内 W WR 0 35 幅 度 衰 减 大 于 15dB 首 先 需 要 用 MATLAB 命 令 buttord确 定 滤 波 器 阶 数 N及 截 频 率 Wc MATLAB命 令 Wp 0 2 p i WR 0 35 p i Ap 1 AR 15 N WC buttord Wp p i WR p i Ap AR 然 后 用 MATLAB 命 令 b

    8、utter设 计 低 通 滤 波 器 系 数 它 们 要 求 提 供 滤 波 器 阶 数 及 截 止 频 率 WC MAT2 LAB命 令 B A butter N WC B 0 0092 0 0367 0 0550 0 067 0 092 A 1 0000 2 0325 1 8204 0 7706 0 1294 即 数 字 低 通 滤 波 器 系 统 函 数 为 28 H Z 0 0092 0 0367Z 1 0 0550Z 2 0 0367Z 3 0 0092Z 4 1 000 2 0325Z 1 1 8204Z 2 0 7706Z 3 0 1294Z 4 2 2 数 字 滤 波 器 的

    9、幅 频 及 相 频 特 性 利 用 信 号 处 理 工 具 箱 为 用 户 提 供 的 一 个 交 互 式 图 形 用 户 界 面 工 具 SPTool分 析 数 字 滤 波 器 的 幅 频 和 相 频 特 性 SPTool是 一 个 图 形 环 境 它 为 信 号 处 理 工 具 中 的 很 多 函 数 提 供 了 易 于 使 用 的 界 面 只 需 要 操 纵 鼠 标 就 可 以 载 入 观 察 分 析 实 现 和 设 计 数 字 滤 波 器 并 进 行 谱 分 析 在 MTLAB命 令 窗 口 中 输 入 命 令 sp tool 打 开 SPTool 的 主 窗 后 选 择 File I

    10、mport命 令 则 打 开 了 Import to SP2 Tool对 话 框 首 先 在 Source选 项 组 中 选 择 From Work2 space 则 从 MATLAB的 工 作 空 间 载 入 信 号 数 据 然 后 在 Import A s下 拉 表 中 的 选 择 Filter选 项 表 示 要 载 入 滤 波 器 数 据 这 时 在 该 下 拉 列 表 框 的 下 面 会 出 现 一 个 新 的 下 拉 列 表 框 Form 里 面 含 有 4种 不 同 类 型 的 滤 波 器 的 表 达 式 选 取 Transfer Function 最 后 再 从 Workspac

    11、e Contents 栏 中 选 择 需 要 装 入 的 数 据 变 量 A B 此 时 在 SPTool主 窗 口 的 Filters列 表 框 是 单 击 V iew按 钮 可 以 观 察 到 我 们 设 计 的 数 字 滤 波 器 的 幅 值 响 应 相 位 响 应 脉 冲 响 应 阶 跃 响 应 如 图 1 3 用 仿 真 软 件 Simulink实 现 滤 波 Simulink作 为 MATLAB 的 重 要 仿 真 软 件 可 用 来 实 现 系 统 建 模 与 动 态 仿 真 在 实 际 工 程 应 用 中 有 用 信 号 通 常 为 低 频 信 号 或 一 些 比 较 平 稳

    12、的 信 号 而 噪 声 则 通 常 表 现 为 高 频 信 号 所 以 可 用 加 低 通 滤 波 器 的 方 法 进 行 滤 波 滤 波 是 信 号 处 理 过 程 中 经 常 用 到 的 一 个 过 程 在 Simulink下 我 们 能 仿 真 整 个 滤 波 过 程 用 上 所 设 计 的 数 字 滤 波 器 对 一 带 有 噪 声 的 信 号 进 行 除 噪 处 理 设 计 的 Simulink模 型 如 图 2所 示 各 模 块 参 数 设 置 为 模 块 1用 来 生 成 频 率 为 0 5Hz 振 幅 为 1的 正 弦 信 号 模 块 2用 来 生 成 频 率 为 0 167H

    13、z 振 幅 为 3的 正 弦 信 号 模 块 3用 来 生 成 频 率 为 20Hz 振 幅 为 0 4的 正 弦 信 号 模 块 4用 来 生 成 频 率 为 40Hz 振 幅 为 0 3的 正 弦 信 号 根 据 前 面 我 们 设 计 的 低 通 滤 波 器 传 递 函 数 形 式 对 分 母 A及 分 子 B的 要 求 D iscrete Transfer Fcn模 块 对 话 框 中 的 Numerator区 中 应 填 入 0 0092 0 0367 0 055 0 0367 0 0092 Denom ination区 中 应 填 入 1 000 2 0325 1 8204 0 7

    14、706 0 1294 Samp le time设 置 为 0 1秒 模 型 解 法 设 置 为 discrete解 法 Stop time设 置 为 20 参 数 设 置 好 后 就 可 启 动 Simulation菜 单 上 的 start进 行 仿 真 仿 真 运 行 后 我 们 可 通 过 示 波 器 绘 制 的 信 号 图 比 较 滤 波 前 后 的 信 号 如 图 3为 未 经 滤 波 带 有 噪 声 信 号 正 弦 波 及 通 过 滤 波 后 的 信 号 可 知 用 此 离 散 传 递 函 数 模 块 仿 真 低 通 滤 波 器 可 将 信 号 中 处 于 阻 带 区 的 20Hz 40Hz 的 噪 声 信 号 滤 除 4 结 论 IIR数 字 滤 波 器 设 计 过 去 用 其 他 算 法 语 言 实 现 程 序 复 杂 计 算 量 大 利 用 MATLAB强 大 的 运 算 和 图 形 显 示 功 能 可 使 数 字 信 号 处 理 实 现 效 率 大 大 提 高 使 数 字 信 号 处 理 工 作 变 得 十 分 简 单 为 滤 波 器 的 优 化 设 计 及 合 理 应 用 提 供 了 可 靠 依 据 有 助 于 提 高 工 程 技 术 人 员 分 析 和 解 决 问 题 的 能 力 38

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