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设计IIR数字滤波器一般采用间接法(脉冲响应不变法和双线性变换法),应用最广泛的是双线性变换法。基本设计过程是:①先将给定的数字滤波器的指标转换成过渡模拟滤波器的指标;②设计过渡模拟滤波器;③将过渡模拟滤波器系统函数转换成数字滤波器的系统函数。MATLAB 信号处理工具箱中的各种 IIR数字滤波器设计函数都是采用双线性变换法。第六章介绍的滤波器设计函数butter、cheby1 、cheby2 和 ellip 可以分别被调用来直接设计巴特沃斯、切比雪夫1、切比雪夫2和椭圆模拟和数字滤波器。本实验要求读者调用如上函数直接设计IIR数字滤波器。 本实验的数字滤波器的 MATLAB 实现是指调用 MATLAB 信号处理工具箱函数filter 对给定的输入信号x(n)进行滤波,得到滤波后的输出信号y(n)。
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实验四:IIR 数字滤波器设计及软件实现
一、引言:实验目的与实验意义
实验目的
(1)熟悉用双线性变换法设计 IIR 数字滤波器的原理与方法;
(2)学会调用 MATLAB 信号处理工具箱中滤波器设计函数(或滤波器设计分析工
具 fdatool)设计各种 IIR 数字滤波器,学会根据滤波需求确定滤波器指标参数。
(3)掌握 IIR 数字滤波器的 MATLAB 实现方法。
(3)通过观察滤波器输入输出信号的时域波形及其频谱,建立数字滤波的概念。
实验意义
IIR 滤波器是一种递归型的滤波器。它的单位脉冲响应为无限长,且具有反馈回
路。而 FIR 滤波器正好与其相反,它的单位脉冲响应为有限长,且没有反馈回
路。IIR 滤波器的幅频特性较好,但输出信号相位非严格线性,即具有不同频率
分量的原始信号在经过 IIR 系统之后,他们的时间差会发生变化。这就导致 IIR
滤波器通常只适用于语音通话,以及其他对信号相位要求不恶格的场合。在对信
号要求较高时,需要添加相位校准网络。
研究现状
目前 IIR 滤波器的设计方法主要有两种,数模转换法和计算机辅助设计法。
数模转化法就是借助模拟滤波器进行设计。先按照数字滤波器的设计指标得到模
拟滤波器的系统函数,再通过一定的转换方式将其转换为数字滤波器。而计算机
辅助设计法就是将滤波器系数作为要求解的未知数,根据设计指标设联立方程,
最后求解得出滤波器系数。
国内专家学者研究的重点主要针对特定用途数字滤波器,从设计到硬件实现,
主要还是借助模拟滤波器的设计方法进行设计。模拟滤波器设计理论非常成熟,
而且有许多现成的滤波器可供选择,例如巴特沃兹滤波器,切比雪夫滤波器,椭
圆滤波器等等。这些滤波器设计方案相对成熟,且幅频响应特性较好,所以数模
转换法一般应用比较广泛。
而国外的专家则侧重于采用计算机辅助的方法,通过优化算法得到数字滤波
器系统函数的参数。例如遗传算法 GA,模拟退火算法 SA,粒子群算法 PSO 等
等。这些算法一般是根据最小均方误差准则或绝对误差准则进行计算,然后改变
参数赋值再计算误差,如此迭代直至误差最小,从而得到滤波器的系数。
二、实验原理及方法
设计 IIR 数字滤波器一般采用间接法(脉冲响应不变法和双线性变换法),
应用最广泛的是双线性变换法。基本设计过程是:①先将给定的数字滤波器的指
标转换成过渡模拟滤波器的指标;②设计过渡模拟滤波器;③将过渡模拟滤波器
系统函数转换成数字滤波器的系统函数。MATLAB 信号处理工具箱中的各种 IIR
数字滤波器设计函数都是采用双线性变换法。第六章介绍的滤波器设计函数
butter、cheby1 、cheby2 和 ellip 可以分别被调用来直接设计巴特沃斯、切比
雪夫 1、切比雪夫 2 和椭圆模拟和数字滤波器。本实验要求读者调用如上函数直
接设计 IIR 数字滤波器。
本实验的数字滤波器的 MATLAB 实现是指调用 MATLAB 信号处理工具箱函数
filter 对给定的输入信号 x(n)进行滤波,得到滤波后的输出信号 y(n)。
三、实验内容及步骤
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