改进型FIR数字滤波器设计VIP专享VIP免费

第1页共8页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第1页共8页一种改进型的FIR数字滤波器设计在数字信号处理中，滤波占有极其重要的作用，数字滤波器是谱分析、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，DSP实现。但这一传统设计方法需要的开发周期较长，且设计过程反复进行，非常不便。针对这一问题，出现了系统级设计方法的构想将Matlab算法仿真和DSP的实现融合在一起。文中应用MatlabLinkForCCSDevelopmentTools进行系统级设计，来完成FIR滤波器的设计。1FIR数字滤波器设计的基本步骤数字滤波器根据其冲激响应函数的时域特性，可分为2种，即无限长冲激响应（IIR）滤波器和有限长冲激响应（FIR）滤波器。FIR系统不像IIR系统那样易取得较好的通带和阻带衰减特性，要取得较好的衰减特性，一般要求H（z）阶次要高，也即M要大。FIR系统有自己突出的优点：系统总是稳定的；易实现线性相位；允许设计多通带（或多阻带）滤波器，后两项都是IIR系统不易实现的。FIR数字滤波器的设计方法有多种，如窗函数设计法、频率采样法和Chebyshev逼近法等。随着Matlab软件尤其是Matlab的信号处理工作箱的不断完善，不仅数字滤波器的计算机辅助设计有了可能，而且还可以使设计达到最优化。FIR数字滤波器设计的基本步骤如下[1]：（1）确定技术指标在设计一个滤波器之前，必须首先根据工程实际的需要确定滤波器的技术指标。在很多实际应用中，数字滤波器常被用来实现选频操作。因此，指标的形式一般在频域中给出幅度和相位响应。幅度指标主要以2种方式给出。第一种是绝对指标。他提供对幅度响应函数的要求，一般应用于FIR滤波器的设计。第二种指标是相对指标。他以分贝值的形式给出要求。本文中滤波器的设计就以线性相第2页共8页第1页共8页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第2页共8页位FIR滤波器的设计为例。（2）逼近确定了技术指标后，就可以建立一个目标的数字滤波器模型（通常采用理想的数字滤波器模型）。之后，利用数字滤波器的设计方法（窗函数法、频率采样法等），设计出一个实际滤波器模型来逼近给定的目标。（3）性能分析和计算机仿真上两步的结果是得到以差分或系统函数或冲激响应描述的滤波器。根据这个描述就可以分析其频率特性和相位特性，以验证设计结果是否满足指标要求；或者利用计算机仿真实现设计的滤波器，再分析滤波结果来判断。2FIR数字滤波器的传统设计方法传统的FIR数字滤波器设计流程分为2个部分：开发设计和产品实现。在开发设计部分完成方案设计和算法设计与验证，一般用Matlab语言进行仿真，当仿真结果满意时，再进入产品的实现阶段。在实现阶段，将开发设计的阶段的算法用C/C＋＋或者汇编语言实现，在硬件的单片机或DSP目标板上实现。下面以电力系统中的用于滤除高次谐波的低通滤波器为例，介绍设计线性相位FIR低通数字滤波器的传统设计方法。2.1FIR滤波器的Matlab仿真[2]在电力分析实验仪中，只要求分析20次以下的谐波，30次以上的谐波由抗混叠滤波器滤波，20－30次的谐波则由数字滤波器滤除。所以电力系统的低通滤波器的技术指标如下：通带截止频率为1000Hz，阻带截止频率为1500Hz，通带波纹为0.001，阻带波纹为0.001，采样频率为4000Hz，阻带衰减小于50dB，因此设计中采用汉明窗比较合适。FIR滤波器的设计用Matlab数字信号处理软件包提供的专用函数来直接求取是非常方便的。第3页共8页第2页共8页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第3页共8页先求出滤波器的阶数N：N＝ceil（n）＋1，通过相关程序仿真可以计算出N＝28。滤波器h（n）的系数和他的幅频特性：调用格式为：b＝fir1（N，wc,’ftype’,window）或b＝fir2（N，wc，m，window）；编制程序并运行，表1为计算所得滤波器系数，图1所示为设计的低通滤波器频率响应曲线。由此可见基本满足性能指标。h（n）的系数见表1。输入一混叠信号来测试所设计滤波器的功能：输入信号是频率为f1＝400Hz和f2＝1800Hz的正弦交流信号。S1＝sin（400×2πt）；S2＝sin（1800×2πt）；S＝S1＋S2...