IIR滤波器设计（开题报告）

青岛工学院 毕业设计

开题报告

题 目 基于MATLAB的IIR数字

滤波器的设计及应用 学 院 信息工程学院 年 级 2009级 专 业 电子信息工程 姓 名 马建勇 学 号 200902305330 指导教师 朱爱春

教务处制表

2012年 12 月 10 日

一、选题依据 课题来源、选题依据和背景情况；课题研究目的、学术价值或实际应用价值 课题来源：教师命题。 依据和背景: 所谓数字滤波器,是指输入、输出均为数字信号,通过数值运算处理改变输入信号所含频率成分的相对比例,或者滤除某些频率成分的数字器件或程序。按照数字滤波器技术指标要求设计一个过渡模拟低通滤波器Ha（s），再按照一定的转换关系将Ha（s）转换成数字低通滤波器的系统函数H（z）。数字信号实际上是用数字序列表示的信号，语音信号经采样和量化后，得到的数字信号是一个一维离散时间序列；而图像信号经采样和量化后，得到的数字信号是一个二维离散空间序列。数字信号处理，就是用数值计算的方法对数字序列进行各种处理，把信号变换成符合需要的某种形式。 数字滤波技术是数字信号分析、处理技术的重要分支。无论是信号的获取、传输，还是信号的处理和交换都离不开滤波技术，它对信号安全可靠和有效灵活地传输是至关重要的。在所有的电子系统中，使用最多技术最复杂的要算IIR数字滤波器了。 研究目的: 我选择《IIR数字滤波器的设计与应用》这个课题作为毕业设计其主要目的是通过此次课程设计进一步学习和巩固数字信号处理及其相关知识，在设计过程中能综合运用所学知识，进一步熟悉和掌握MATLAB的使用方法;对IIR数字滤波器的理论与设计有了较深的了解;为即将进入社会参加工作打下坚实的基础;； 掌握收集资料、消化资料和综合资料的能力等等。 实际应用价值: 正因为数字滤波器通过数值运算实现滤波，所以数字滤波器处理精度高、稳定、体积小、灵活、不存在阻抗匹配问题，可以实现模拟滤波器无法实现的特殊滤波功能。数字滤波器是数字信号处理的基础，用来对信号进行过滤、检测与参数估计等处理，在通信、图像、语音、雷达等许多领域都有着十分广泛的应用。尤其在图像处理、数据压缩等方面取得了令人瞩目的进展和成就。 二、文献综述 国内外研究现状、发展动态；查阅的主要文献 研究现状、发展动态： 数字信号处理学科的一项重大进展是关于数字滤波器设计方向的研究。早在40年代末期，就有人讨论过他的可能性问题，在50年代也有人在研究生班讨论过数字滤波的问题。目前数字滤波器的设计有许多现成的高级语言设计程序，但他们都存在设计效率较低，不具有可视图形，不便于修改参数等缺点，而Matlab为数字滤波的研究和应用提供了一个直观、便捷的利器。他以矩阵运算为基础，把计算、可视化、程序设计融合到了一个交互式的工作环境中。 查阅的主要文献： [1] 陈桂明，应用MATLAB语言处理数字信号与数字图像，北京：科学出版社，2001:102-105. [2] 陈怀琛，数字信号处理教程-MATLAB释义与实现，北京：电子工业出版社，2005:235-240. [3] 玉良、王宏志，数字信号处理及其MATLAB实现，电子工业出版社，2005.7:75-79. [4] 萩隆嗣，数字滤波器与信号处理，科学出版社，2003.9:99-106. [5] 薛年喜，MATLAB在数字信号处理中的应用，清华大学出版社，2003.11.(1):75-81. [6] 汤万刚, 应用MATLAB通信工具箱的频率合成器系统分析与彷真 中国测试技术 2005年01期。 [7] 楼顺天、李博菡. 基于MATLAB的系统分析与设计－信号处理[M]西安：西安电子科技大学出版社，1998:154-162. [8] 周利清,苏菲. 数字信号处理基础[M].北京：北京邮电大学出版社，2005:85-96. [9] 陈后金. 信号分析与处理实验[M].北京：高等教育出版社，2006:48-62. [10] 蒙以正等.信号与线性系统分析.4版[M].北京：高等教育出版社，2004:98-105. [11] 张亚妮，基于MATLAB的数字滤波器设计[J]，辽宁工程技术大学学报 2005.24(5)：716～718. [12] 刘卫国，陈昭民，张颖.Matlab程序设计与应用[M].北京：高等教育出版社，2002:168-176 [13] 丁磊，潘贞存，丛伟.基于MATLAB信号处理工具箱的数字滤波器设计与仿真[J].继电器. 2003, 31 (9)：49～51. [14] Devasahayam S R．Signals and Systems in Biomedical Engineering．New York：Kluwer Academic/Plenum Publishers,2000:50-64. [15] Koch C．Biophysics of Computation．New York：Oxford University Press，1999:102-110.

三、研究内容 1． 学术构想与思路；主要研究内容及拟解决的关键问题（或技术） 在现代通信系统中，由于信号中经常混有各种复杂成分，所以很多信号的处理和分析都是基于滤波器而进行的。但是，传统的数字滤波器的设计使用繁琐的公式计算，改变参数后需要重新计算，从而在设计滤波器尤其是高阶滤波器时工作量很大。利用MATLAB信号处理箱(Signal Processing Toolbox)可以快速有效地实现数字滤波器的设计与仿真。首先将数字低通滤波器的技术指标转化为模拟滤波器的技术指标，再采用Buttetworth逼近的方法求得其系统函数H(S)，再利用冲激响应不变法将模拟滤波器的系统函数H(s)变为相应的数字滤波器的系统函数H(Z)，然后用MATALB进行仿真，然后确定数字滤波器的结构。最后在基于Matlab环境的IIR数字滤波器的设计，然后将设计结果应用于图像处理，针对处理结果进一步分析了滤波器性能的优劣。 主要研究内容： IIR数字滤波器一般为线性时不变的因果离散系统，MATLAB信号处理工具箱中提供了IIR滤波器设计的函数。常用的设计方法有： （1）椭圆滤波器设计 （2）Butterworth滤波器设计 （3）Chebyshev I型滤波器设计 （4）Chebyshev II型滤波器设计 解决的关键问题： （1）用MATLAB 设计实现IIR数字滤波器，掌握了解IIR数字滤波器的应用。 （2）加深理解IIR数字滤波器的特性，掌握IIR数字滤波器的设计原理与设计方法。 2．拟采取的研究方法、技术路线、实施方案及可行性分析 无限脉冲响应（IIR）数字滤波器是冲激响应函数h（t）包含无限个抽样值的滤波器，一般是按照预定的模拟滤波器的逼近函数来转换成相应的数字滤波器。但设计滤波器时,总是先设计低通滤波器,再通过频率变换将低通滤波器转换成希望类型的滤波器。有现成的逼近函数如巴特沃斯、切比雪夫可供使用。 程序流程如下图所示： 开始 选择滤波器类型（低通，高通，带通和带阻） 输入参数N, ，wc(低通,高通) 输入参数N, ，wl，wh(带通,带阻) 计算理想频响hd 计算窗ω(n) h(n)=hd(n)ω(n) 对h(n)做频域分析，计算通带纹波、阻带衰减、过渡带宽 输出：图形和数据 结束 四、论文（设计）进度安排 起止时间 2012年12月7日前 2012.12.8-2013.1.13& 2013.3.2-2013.4.1 2013年4月中旬 2013.5.1-6.1 选题 开题 主要内容 预期目标 选定题目 初步完成课题研究内容、撰写毕业设计初稿，完成开题报告 论文初稿完成、设计完成 提交资料、看是否具有答辩资格 中期质量检查 评阅答辩资格审查 2013年6月1日-6月15完成毕业设计（论文）答完成毕业设计（论文）归日 辩工作 档 2013年6月15日-6月20完成毕业设计（论文）归完成毕业设计（论文）归日 档 档

五、审核意见 指导教师意见 指导教师签字: 年 月 日 审核小组意见 审核小组成员签字： 年 月 日 注：1、表格不够可加附页。

2、审核小组意见由开题领导小组填写。

四、论文（设计）进度安排 起止时间 2012年12月7日前 2012.12.8-2013.1.13& 2013.3.2-2013.4.1 2013年4月中旬 2013.5.1-6.1 选题 开题 主要内容 预期目标 选定题目 初步完成课题研究内容、撰写毕业设计初稿，完成开题报告 论文初稿完成、设计完成 提交资料、看是否具有答辩资格 中期质量检查 评阅答辩资格审查 2013年6月1日-6月15完成毕业设计（论文）答完成毕业设计（论文）归日 辩工作 档 2013年6月15日-6月20完成毕业设计（论文）归完成毕业设计（论文）归日 档 档

五、审核意见 指导教师意见 指导教师签字: 年 月 日 审核小组意见 审核小组成员签字： 年 月 日 注：1、表格不够可加附页。

2、审核小组意见由开题领导小组填写。

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