基于网络环境数字滤波器的仿真平台设计毕业论文设计 精品文档格式.docx

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摘要

本文旨在研究与实现通信系统数字滤波器的仿真过程，并在网络环境下进行运用。

首先分析了国内外数字滤波技术的应用现状与发展趋势，介绍了数字滤波器的基本结构，在分别讨论了IIR与FIR滤波器的基本结构和设计方法的基础上，选择一种恰当合理的设计方法进行对数字滤波器的仿真工作。

通过双线性变换法的设计思想，运用Matlab语言进行编程，并依托Tomcat网络服务器进行在网络环境下的数字滤波器仿真。

对于本地仿真的数字低通，高通和带通三种滤波器分别和网络环境下的三种滤波器对比，得出一般性的结论。

明确理想滤波器在实际工程中是无法实现的，通过对参数的设置和对滤波器的设计可以有精度的逼近与之对应的理想滤波器。

文中深入分析了滤波器系统设计的功能特点、实现原理以及技术关键。

对现今数字滤波器技术的研究与发展进行了详细的介绍和分析。

关键词：

IIR滤波器Matlab双线性变换法Tomcat

ABSTRACT

Thispaperaimstostudyandachievecommunicationsystemdigitalfiltersimulationprocess,andtheapplicationofthenetworkforsuchcontent.Firstly,weanalyzeabroaddigitalfilteringtechnologystatusanddevelopmenttrend,introducethebasicstructureofthedigitalfilter,anddiscussintheIIRandFIRfilterbasicstructureanddesignmethodsbasedontheselectionofanappropriatemethodofrationaldesignsimulationofthedigitalfilter.

Byideasofbilinear-changemethod,usingMatlablanguageprogramming,andrelyingonTomcatwebserverinthenetworkenvironmentofthedigitalfiltersimulation.Forlocalsimulationdigitallowpass,highpassandband-passfilters,respectively,contrastingthreekindsoffilterstodrawthegeneralconclusions.Idealfilterintheactualprojectcannotbeachievedthroughtheparametersettingsandthedesignofthefiltercanhaveprecisionapproximationcorrespondingidealfilter.

Thispaperdeeplyanalysisthetextfiltersystemdesignfeatures,toachievethekeyprinciplesandtechniques.Nowadaysdigitalfiltertechnologyresearchanddevelopmentcarriedoutadetaileddescriptionandanalysis.

KEYWORDSIIRfilter，Matlab，bilinear--changemethod，Tomcat

第一章绪论

如今，数字信号处理已作为一门非常重要的学科体系被越来越多的专家研究，其主要包括了对于数字的采集，和对信号进行变换，分析，滤波并对信号波形进行识别分析等。

在如今很多科学领域都一有数字滤波器的参与，在语音信号处理、通信系统、声纳、雷达、图像处理、机械振动、遥感遥测、航空航天、地震信号处理、故障检测、电力系统、自动控制系统、生物医学工程等领域内得到了广泛应用，越来越受到人们的重视。

数字滤波器作为数字信号处理中十分重要的部分，如今也得到了各国科学家和研究者的开发研究。

数字滤波软件可实现性，使用简便，精度高具有很多模拟滤波器不具备的优势，随着电子技术的不断革新，对于数字滤波器的深入研究与开发已是当前各国研究人员的当务之急。

1.1课题的研究背景

信息是人和物体与外部世界交换内容的名称，通常人们把信息的具体表现形式称为信号[1]，信号也是承载，传输信息的媒介或者称为信息的物理表示，他随着时间或者空间的改变而改变。

信号作为信息承载的物理新表示，按照不同的角度可以分类有如下几种方式，按照信号的周期性又可以分为周期信号，非周期信号；

最有效的分类方式是讲信号按照信号处理的方式分为：

模拟信号，数字信号和离散信号三大类。

（1）模拟信号：

信号幅度随着时间或者空间变化而变化，幅度曲线连续变化，自然界的大多数信号都是模拟信号。

（2）离散信号：

通过对模拟信号的采样得到的信号类型，其特点是信号随着时间或者空间按照一定规律进行变化，幅度值取连续数据。

（3）数字信号：

信号随着时间或者空间以一定规律离散变化，其特点是幅度值取二进制编码的离散数据，如常见的0，1二值。

自从20世纪60年代起，到如今五十年过去了，数字滤波器的研究依托于数字信号处理等相关内容得到了长足的发展和理论性的突破。

从刚开始提出来快速傅里叶变换算法以来，到如今日益强大的数字滤波器芯片的不断研发，都昭示着全世界科学家对数字信号处理和滤波器开拓等方面的研究进行了不断探索与创新，为现今的社会发展与科技创新都提供了新的思路与方法，纵观数字滤波器发展的几十年，它的发展大家有目共睹，以下简要分析数字滤波器得以迅速发展的原因：

（1）20世纪60年代中期以后计算机的发展迅猛，对数据处理及分析有很大帮助，这对数字信号的研究起到了相当大的提升作用。

（2）60年代中期，快速傅里叶变换方法问世，使得很多实际应用都可以快速的应用离散傅里叶变换进行处理。

（3）不断研究出来的数字滤波算法也促进了数字信号处理技术的发展，直到目前，如果要仿真出一个滤波器，方法林林总总，这些都是前人总结出来的方法，不过我们需要加以利用与归纳，对于某一问题能筛选出最恰当最优化的方案。

（4）对大规模集成电路研究的不断深入，数字信号处理不仅可以在计算机上可以仿真，同样可以在单片机等硬件上完成任务，这使得对于数字信号的研究加快了进程，更方便更快捷[2]。

1.2数字滤波器的应用现状与发展趋势

（1）通信系统

通信系统涉及方方面面的知识，其中主要包括了信源信道编码，调制解调，信道复用，滤波器设计等等。

在这些内容中，都不得不使用数字滤波器，作为最重要的工具之一，其用处已经涵盖了许多科学技术领域[3]。

（2）生物医学方面

判断生命是否还存在的迹象最重要的因素就是心跳，这也就是医院一些重症监护室的病房都配有心电监护仪。

通过医生对病人的心电图波形的判断分析，可以从直观上了解病人的生命体征等方面。

心电监护仪的主体部分就是又数模转换器，CPU，显示单元和存储单元组成，当病人的生命体征超过预警设定时，医生就会迅速得知病人的生命状态。

我们每次心跳都会将新鲜的血液流到身体各个部位，这样循而往复，每一次心脏运动周期的快慢都直接反应了心脏跳动的快慢，通过这个方面可以算出瞬时心率值。

而这里对采集的新电信号进行除噪的就是数字滤波器芯片，身体耳朵每一部分微小运动都会产生噪音，包括正常的人体循环和肌肉抽动等等，这样的信号与心电信号一起被CPU所接收，对我们需要的心电信号而言，另外的高频噪音是绝对无益处的，所以通过滤波器进行滤波，保留我们需要掌握的病人的心电信号。

（3）音乐制作

现今的大多数音乐都要在录音棚制作，每一种乐器的声音由离乐器很近的专用麦克风进行采集，最后要在多轨磁带录音机上合成。

为了要达到一个近乎完美的效果就要进行滤波除噪，混响，改变音色，多普勒效应等等，这一切都要从数字信号处理方面入手进行剖析，例如将音乐信号进行延时，在频域对所录制的信号进行均衡处理，即对音乐信号做时域处理和频域处理两方面的工作。

这样处理出来的音乐，声音均衡，悦耳顺畅。

（4）数字电视

目前各大城市的数字电视早已被居民所使用，数字电视已经完全取代了模拟电视，其优点也不言而喻：

数字电视支持高清信号，观众可以收看到更为清晰的电视画面，其次互动性良好，节省带宽。

这一切的根源都在与视频与音频压缩技术，这是完成这项转变的重要方法，而视频和音频压缩的技术支持就是数字滤波器。

（5）军事科技

伟人邓小平曾经说过：

落后就要挨打，所以大力发展军事对国力的提升，国家的强大有着不可估量的作用。

雷达侦测，声纳等军事科技都要用到数字滤波器，声纳，雷达需要对返回的微弱的信号进行分析和检测，从而达到对目标的跟踪，成像。

定位等军事技术。

1.3本文研究内容与论文结构安排

本论文的内容是基于网络环境下通信系统数字滤波器的仿真设计，重点和难点是对数字滤波器的设计与仿真，亮点是如果在网络环境下进行传输和呈现数字滤波器的仿真图像。

围绕课题的核心，进行对数字滤波器的分类介绍，特别是以单位脉冲响应长度区分开来的IIR数字滤波器与FIR数字滤波器为主要内容及相应的设计方法。

第二章：

数字滤波器的概述。

主要介绍IIR数字滤波器与FIR数字滤波器的几种主要结构及其功能，并分析两种滤波器的不同之处及各自的优缺点，最后得出数字滤波器的设计步骤。

第三章：

介绍数字滤波器的Matlab算法设计。

选定设计滤波器的具体方法，分析系统需要实现的功能，介绍一下编程语言Matlab，再对编程的大体思路进行叙述，用图表的形式给出。

第四章：

滤波的实现与网络环境下滤波的仿真。

对滤波系统进行测试，简述系统实现的功能，截图观察两组数字滤波器的仿真结果，即一组是在本地环境下数字滤波器的仿真，一组在网络环境下的数字滤波器的仿真。

第五章：

总结与展望。

综述论文研究所达到的程度以及自己的心得体会，分析论文存在缺的憾与知识体系上的不足，对本次论文的归纳总结并对将来的工作进行展望。

最后是致谢和参考文献。

第二章数字滤波器的概述

数字滤波器，顾名思义即输入输出都为数字信号，一般通过两种方式进行，即改变输入信号的频率，再即通过我们要叙述的滤波技术除去某些欲删掉的频率成分。

数字滤波器与模拟滤波器有着相同的意义概念，简而言之都具有滤波功能，但是两者却有不同。

数字滤波器是在模拟滤波器的基础上发展而来的，其方法是采用数值运算，利用软件，即采用算法编程来实现对数字滤波器的仿真；

另外还可以采用硬件与计算机相结合的办法实现滤波。

目前，研究人员已经研制出多种数字滤波器的芯片，这样可以简便迅速，十分精确的完成对数字滤波器的仿真工作。

如果在输出端与输入端分别加上数模转换器或者模数转换器，数字滤波器同样可以完成对模拟滤波器的滤波功能[4]。

数字滤波器的种类繁多，本次课题主要的侧重方面是研究IIR滤波器与FIR滤波器的特点与功能，选择恰当合理的方法进行数字滤波器的仿真工作，并在网络方面加以运用。

我将设计出合适的运算结构，利用软件，即算法的编程结合的计算机辅助功能对数字滤波器进行仿真。

2.1数字滤波器的简介

对于一个数字滤波器可以用差分方程来描述，即