数字滤波器设计与分析.docx
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数字滤波器设计与分析
吉林大学
仪器科学与电气工程学院
本科生实习报告
实习题目：
信号分析和处理
实习时间：
2012.09
专业：
电气工程及其自动化
所在班级：
65100615
学生姓名：
王双伟
指导教师：
朱凯光田宝凤林婷婷
信号实习报告
一.实验目的
加深对信号系统与信号处理理论的理解，学会信号处理的基本知识和方法，并在基本技能方面得到系统训练；熟悉MATLAB编程环境，掌握MATLAB编程基本技能，以及程序调试仿真方法，能够采用MATLAB语言和工具进行信号处理；掌握现代信号分析与处理技术，包括信号频谱分析和数字滤波器（FIR、IIR）设计，学会信号处理系统设计与系统功能检测的基本方法；将理论知识与实际应用结合，提高学生解决实际问题的动手能力，为信号系统与信号处理知识的应用、后续专业学习以及今后从事相关科学研究和实际工作打下坚实基础。
二.实验工具
计算机，matlab软件
三.实验内容
设计FIR数字带通滤波器，对于给定函数s=sin（2πx100t）+sin（2πx200t）+sin（2πx400t），设计带通滤波器滤除100和400赫兹的频率，并画出滤波前后的时频图及滤波器的增益图。
f1=100;f2=200;f3=400;
fs=2000;
m=（0.3*f1）/（fs/2）;
M=round（8/m）;
N=M-1;
fc=[0.15,0.3];
b=fir1（N,fc）;
figure
（1）
[h,f]=freqz（b,1,1000）;
plot（f*fs/（2*pi）,20*log10（abs（h）））
xlabel（'频率/赫兹'）;
ylabel（'增益/分贝'）;
title（'滤波器的增益响应'）;
figure
（2）
subplot（211）
t=0:
1/fs:
0.5;
s=sin（2*pi*f1*t）+sin（2*pi*f2*t）+sin（2*pi*f3*t）;
plot（t,s）;
xlabel（'时间/秒'）;
ylabel（'幅度'）;
title（'信号滤波前时域图'）;
subplot（212）
Fs=fft（s,1000）;
AFs=abs（Fs）;
f=（0:
499）*fs/1000;
plot（f,AFs（1:
500）/1000）;
xlabel（'频率/赫兹'）;
ylabel（'幅度'）;
title（'信号滤波前频域图'）;
figure（3）
sf=filter（b,1,s）;
subplot（211）
plot（t,sf）
xlabel（'时间/秒'）;
ylabel（'幅度'）;
title（'信号滤波后时域图'）;
axis（[0.20.5-22]）;
subplot（212）
Fsf=fft（sf,1000）;
AFsf=abs（Fsf）;
f=（0:
499）*fs/1000;
plot（f,AFsf（1:
500）/1000）
xlabel（'频率/赫兹'）;
ylabel（'幅度'）;
title（'信号滤波后频域图'）;
拓展内容
1.不同窗函数对信号截取的影响
比较矩形窗，三角窗，汉宁窗，哈明窗等对信号截取的影响。
f1=10;f2=20;f3=30;Tp=0.01;fs=1/Tp;N=200;
n=0:
N-1;t=n*Tp;
x=cos（2*pi*f1*t）+sin（2*pi*f2*t）+cos（2*pi*f3*t）;
w1=boxcar（N）;
w2=hamming（N）;
w3=hanning（N）;
w4=blackman（N）;
w5=bartlett（N）;
x1=x.*（w1.'）;
x2=x.*（w2.'）;
x3=x.*（w3.'）;
x4=x.*（w4.'）;
x5=x.*（w5.'）;
y1=fft（x1,N）;
y2=fft（x2,N）;
y3=fft（x3,N）;
y4=fft（x4,N）;
y5=fft（x5,N）;
mag1=abs（y1）;
mag2=abs（y2）;
mag3=abs（y3）;
mag4=abs（y4）;
mag5=abs（y5）;
f1=（0:
length（y1）-1）'*fs/length（y1）;
f2=（0:
length（y2）-1）'*fs/length（y2）;
f3=（0:
length（y3）-1）'*fs/length（y3）;
f4=（0:
length（y4）-1）'*fs/length（y4）;
f5=（0:
length（y5）-1）'*fs/length（y5）;
figure
（1）;
plot（f1,mag1/N）;
holdon;
plot（f2,mag2/N,'r'）;
holdon;
plot（f3,mag3/N,'m'）;
holdon;
plot（f4,mag4/N,'g'）;
holdon;
plot（f5,mag5/N,'y'）;
这5种窗若从频率来考虑，汉宁哈明窗比较好，若从幅度来考虑矩形窗最好。
2.IIR数字滤波器设计：
掌握IIR数字滤波器的设计原理与方法；人体心电信号的主要频率范围为0．05～100Hz，分析含噪心电信号频谱，设计IIR数字滤波器，滤除心电信号中的高频及基线漂移。
clear
clc
closeall;
t1=0.001;
t=0:
t1:
0.5-t1;
x=ecg（100）;
X=[xxxxx];
y=X+sin（2*50*pi*t）;
figure
（1）;
plot（t,y,t,X,'g'）;
title（'心电+工频干扰前后函数图'）
holdon
fs=1000;
N=length（t）;
y1=fft（y）/N;
f=（0:
N-1）*fs/N;
figure
（2）;
stem（f,abs（y1））;
holdon
title（'心电+工频干扰前后幅度谱'）
n=620;
b=fir1（n,0.08,'low',hanning（n+1））;
y2=filter（b,1,y）;
figure
（1）
plot（t,y2,'r'）
y3=fft（y2）/N;
figure
（2）;
stem（f,abs（y3）,'r'）;
figure（3）;
[H,F]=freqz（b,1,512,fs）;
plot（F,abs（H））;
gridon;
title（'滤波图'）
通过拓展2对IIR有了更深的了解，IIR与FIR相比有了更低的阶数，IIR采用了递归的结构。
IIR借助成熟模拟滤波器，计算工作量小。
体会与心得
本次信号实习使我们巩固有关数字信号处理相关内容的基础上，提高了我们的实践能力。
经过这次对MATLAB的学习和对MATLAB在数字信号系统和其他方面的实训，我充分的了解了MATLAB的实用性和便捷性，对我以后在其他方面的学习大有好处。
我觉得学习MATLAB首先要把基础掌握，然后是绘图，各种画图函数，函数图形的加工，最后是编程，这是最重要的，能解决很多问题，也是后面学习的基础。
这些方面掌握后，就可以做实践锻炼了，有很多技巧在实践中可以不断地积累。
这次实习对我的帮助很多，同时加深了对课堂上学习的知识的理解。
通过这次实习使我充分理解到数字信号处理的重要性和实用性，特别是加深了对MATLAB及其操作各方面的了解和设计，对实际操作设计中所涉及的各个方面要注意问题都有所了解。
通过这次对FIR数字滤波器的设计，不仅让我将所学的知识应用到实际中，而且对知识也是一种巩固和提升充实。
在老师和同学的帮助下，及时的按要求完成了设计任务，通过这次课程设计，使我获得了很多重要的知识，同时也提高了自己的实际动手和知识的灵活运用能力。
通过这8天的学习，学到了不少的知识！
不仅纠正了课程学习过程中出现的许多错误，还在运行MATLAB时验证了自己的一些猜想。
在学习的过程中有失败，当然也有困惑，有成功，当然就有喜悦。
虽然只是课程设计，但我拿出了自己的全部精力去对待，能学到知识固然值得骄傲，能认识到自己的过错和不足不也是一件幸事吗！
做学问也是做人，在做学问的过程中体味做人的道理不也是一种收获吗？
记得古语中说：
“学，然后知不足”！
希我必将更加努力的学习它完善自己。
我想这就是我这次做课程设计最大感受吧。
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