基於matlab的數字濾波器的設計與仿真的研究現狀

在現代通信系統中，由於信號中經常混有各種復雜成分，所以很多信號分析都是基於濾波器而進行的，而數字濾波器是通過數值運算實現濾波，具有處理精度高、穩定、靈活、不存在阻抗匹配問題，可以實現模擬濾波器無法實現的特殊濾波功能。數字濾波器根據其沖激響應函數的時域特性，可分為兩種，即無限長沖激響應(IIR)數字濾波器和有限長沖激響應(FIR)數字濾波器。實現IIR濾波器的階次較低，所用的存儲單元較少，效率高，精度高，而且能夠保留壹些模擬濾波器的優良特性，因此應用很廣。Matlab軟件以矩陣運算為基礎，把計算、可視化及程序設計有機融合到交互式工作環境中，並且為數濾波的研究和應用提供了壹個直觀、高效、便捷的利器。尤其是Matlab中的信號處理工具箱使各個領域的研究人員可以直觀方便地進行科學研究與工程應用。本文首先介紹了數字濾波器的概念，分類以及設計要求。接著利用MATLAB函數語言編程，用信號處理圖形界面FDATool來設計濾器以及Sptool界面設計的方法，並用FDATool模擬IIR數字濾波器處理信號。重點設計Chebyshev I型和Chebyshev II型數字低通濾波器,並介紹最優化設計。隨著信息時代和數字世界的到來，數字信號處理已成為當今壹門極其重要的學科和技術領域。目前數字信號處理在通信、語音、圖像、自動控制、雷達、軍事、航空航天、醫療和家用電器等眾多領域得到了廣泛的應用。在數字信號處理中起著重要的作用並已獲得廣泛應用的是數字（DF，Digital Filter），根據其單位沖激響應函數的時域特性可分為兩類：

無限沖激響應iIR（Infinite Impulse Response）濾波器和有限沖激響應FIR（Finite Impulse Response）濾波器。與FIR濾波器相比，IIR的實現采用的是遞歸結構，極點須在單位圓內，在相同設計指標下，實現IIR波器的階次較低，即所用的存儲單元少，從而經濟效率高。

MATLAB是英文MATrix LABoratory(矩陣實驗室)的縮寫。它是美國的MathWorks公司推出的壹套用於科學計算和圖形處理可視化、高性能語言與軟件環境。MATLAB的信號處理工具箱是專門應用於信號處理領域的專用工具箱，它的兩個基本組成就是濾波器的設計與實現部分以及譜分析部分。工具箱提供了豐富而簡便的設計，使原來繁瑣的程序設計簡化成函數的調用。只要以正確的指標參數調用相應的濾波器設計程序或工具箱函數，便可以得到正確的設計結果，使用非常方便。濾波器是指用來對輸入信號進行濾波的硬件和軟件。數字濾波器是對數字信號實現濾波的線性時不變系統。數字濾波器可以理解為是壹個計算程序或算法，將代表輸入信號的數字時間序列轉化為代表輸出信號的數字時間序列，並在轉化過程中，使信號按預定的形式變化。數字濾波實質上是壹種運算過程，實現對信號的運算處理。數字濾波器和模擬濾波器相比，因為信號的形式和實現濾波的方法不同，數字濾波器具有比模擬濾波器精度高、穩定、體積小、重量輕、靈活、不要求阻抗匹配等優點。輸入數字信號（數字序列）通過特定的運算轉變為輸出的數字序列，因此，數字濾波器本質上是壹個完成特定運算的數字計算過程，也可以理解為是壹臺計算機。描述離散系統輸出與輸入關系的卷積和差分方程只是給數字信號濾波器提供運算規則，使其按照這個規則完成對輸入數據的處理。祝妳成功！希望對妳有幫助！

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