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具有單位增益的帶通FIR濾波器設(shè)計(jì)-通信工程畢業(yè)論文-開(kāi)題報(bào)告

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具有單位增益的帶通FIR濾波器設(shè)計(jì)-通信工程畢業(yè)論文-開(kāi)題報(bào)告

具有單位增益的帶通FIR濾波器設(shè)計(jì)-通信工程畢業(yè)論文-開(kāi)題報(bào)告畢業(yè)論文范文介紹開(kāi)始:
具有單位增益的帶通FIR濾波器設(shè)計(jì)-通信工程畢業(yè)論文-開(kāi)題報(bào)告
一、選題的來(lái)源、目的、意義和基本內(nèi)容
1、題目來(lái)源:學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)選題指南。
2、目的和意義:
    信號(hào)處理技術(shù)是指運(yùn)用數(shù)值計(jì)算的方法對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析、變換、合、估值與識(shí)別等的處理。隨著電子技術(shù)和電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)受到了越來(lái)越廣泛的關(guān)注,數(shù)字信號(hào)處理的理論和技術(shù)也在不斷豐富和完善,新的理論和新技術(shù)層出不窮?梢哉f(shuō),數(shù)字信號(hào)處理是發(fā)展最快、應(yīng)用最廣泛、成效最顯著的新科學(xué)之一,目前已廣泛地應(yīng)用在語(yǔ)音、雷達(dá)、聲納、地震、圖像、通信、控制、生物醫(yī)學(xué)、遙感遙測(cè)、地質(zhì)勘探、航空航天、故障檢測(cè)、自動(dòng)化儀表等領(lǐng)域。
     過(guò)程中,所處理的信號(hào)往往混有噪音,從接收到的信號(hào)中消除或減弱噪音是信號(hào)傳輸和處理中十分重要的問(wèn)題。根據(jù)有用信號(hào)和噪音的不同特性,提取有用信號(hào)的過(guò)程稱(chēng)為濾波,實(shí)現(xiàn)濾波功能的系統(tǒng)稱(chēng)為濾波器。在近代電信設(shè)備和各類(lèi)控制系統(tǒng)中,數(shù)字濾波器應(yīng)用極為廣泛。
二、國(guó)內(nèi)外研究綜述
    信號(hào)處理一經(jīng)問(wèn)世,便吸引了很多學(xué)科的研究者,并把它應(yīng)用于自己的研究領(lǐng)域?梢哉f(shuō),數(shù)字信號(hào)處理是應(yīng)用最快,成效最為顯著的新學(xué)科之一。在語(yǔ)音、雷達(dá)、聲納、地震、圖像、通信系統(tǒng)等眾多領(lǐng)域都獲得了極其廣泛的應(yīng)用,他有效地推動(dòng)了眾多工程技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)改造和科學(xué)發(fā)展。近年來(lái),隨著多媒體的發(fā)展,DSP芯片已在家電、電話(huà)、磁盤(pán)機(jī)等設(shè)備中廣泛應(yīng)用。
三、參考文獻(xiàn)
[1]  馬玉韜, 軒秀巍, 車(chē)進(jìn), 滕建輔. 基于全相位濾波理論的基因預(yù)測(cè)[J].上海交通大學(xué)學(xué)報(bào),2013,(07).
[2]  黃 翔 東,王 兆 華.全相位FIR濾波器族[J].  天津大學(xué)電子信息工程學(xué)院,2008,(6)

選題意義:
當(dāng)今,數(shù)字信號(hào)處理的技術(shù)飛速發(fā)展,它不但自成一門(mén)學(xué)科,更是以不同的形式影響和滲透到其他的學(xué)科。它與國(guó)民經(jīng)濟(jì)息息相關(guān),與國(guó)防建設(shè)緊密相連,它影響或改變著我們的生產(chǎn),生活方式,因此受到人們的普遍的關(guān)注。 
智能化,數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化是當(dāng)今信息技術(shù)發(fā)展的大趨勢(shì),而數(shù)字化是智能化和網(wǎng)絡(luò)化的基礎(chǔ),實(shí)際生活中遇到的信號(hào)多種多樣,例如廣播信號(hào),電視信號(hào),雷達(dá)信號(hào),通信信號(hào),導(dǎo)航信號(hào),射電天文信號(hào),生物醫(yī)學(xué)信號(hào),控制信號(hào),氣象新號(hào),地震勘測(cè)信號(hào),機(jī)械振動(dòng)信號(hào),遙感遙測(cè)信號(hào),等等。上述的這些信號(hào)大部分是模擬信號(hào),也有小部分是數(shù)字信號(hào)。模擬信號(hào)是自變量的連續(xù)函數(shù),自變量可以是一維的,也可以是二維的。大多數(shù)情況下一維模擬信號(hào)的自變量是時(shí)間,經(jīng)過(guò)時(shí)間上的離散化(采樣)和幅度上的離散化(量化),這類(lèi)模擬信號(hào)便成為一維數(shù)字信號(hào)。因此,數(shù)字信號(hào)實(shí)際上是用數(shù)字序列表示的信號(hào),語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)采樣和量化后,得到的數(shù)字信號(hào)是一個(gè)二維離散時(shí)間序列。數(shù)字信號(hào)處理,就是用數(shù)值計(jì)算的方法對(duì)數(shù)字序列進(jìn)行各種處理,把信號(hào)變換成符合需要的某種形式。例如,對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行離散,對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析或者功率譜分析以了解信號(hào)的頻譜組成,進(jìn)而對(duì)信號(hào)進(jìn)行識(shí)別,對(duì)信號(hào)進(jìn)行某種變換,使之更適合于傳輸,存儲(chǔ)和應(yīng)用,對(duì)信號(hào)進(jìn)行編碼以達(dá)到數(shù)據(jù)壓縮的目的等等

二、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
在信號(hào)處理過(guò)程中,所處理的信號(hào)往往混有噪音,從接收到的信號(hào)中消除或減弱噪音是信號(hào)傳輸和處理中十分重要的問(wèn)題。根據(jù)有用信號(hào)和噪音信號(hào)的不同特性,提取有用信號(hào)的過(guò)程成為濾波。實(shí)現(xiàn)濾波功能的系統(tǒng)被稱(chēng)為濾波器。在近代電信設(shè)備和各類(lèi)控制系統(tǒng)中,數(shù)字濾波器應(yīng)用極為廣泛,這里只列舉部分應(yīng)用最成功的領(lǐng)域。
(1)語(yǔ)音處理 
語(yǔ)音處理是最早應(yīng)用數(shù)字濾波器的領(lǐng)域之一,也是最早推動(dòng)數(shù)字信號(hào)處理理論發(fā)展的領(lǐng)域之一。該領(lǐng)域主要包括5個(gè)方面的內(nèi)容:第一,語(yǔ)音信號(hào)分析。即對(duì)語(yǔ)音信號(hào)的波形特性,統(tǒng)計(jì)特性,模型參數(shù)等進(jìn)行分析計(jì)算。第二,語(yǔ)音合成。即利用專(zhuān)用硬件或在通用計(jì)算機(jī)上運(yùn)行軟件來(lái)產(chǎn)生語(yǔ)音。第三,語(yǔ)音識(shí)別。即利用專(zhuān)用硬件或計(jì)算機(jī)識(shí)別人的講話(huà),或者識(shí)別說(shuō)話(huà)的人。第四,語(yǔ)音增強(qiáng)。即從噪音或者干擾中提取被掩蓋的語(yǔ)音信號(hào)。第五,語(yǔ)音編碼。主要用于語(yǔ)音數(shù)據(jù)的壓縮,目前已經(jīng)建立了一系列語(yǔ)音編碼國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),大量用于通信和音頻處理。 
(2)圖像處理 
數(shù)字濾波技術(shù)已經(jīng)成功地應(yīng)用于靜止圖像和活動(dòng)圖像的恢復(fù)和增強(qiáng),數(shù)據(jù)壓縮,去噪音和干擾,圖像識(shí)別以及層析X射線(xiàn)攝影,還成功地應(yīng)用于雷達(dá),聲納,超聲波和紅外線(xiàn)的可見(jiàn)圖像成像。 
(3)通信 
在現(xiàn)代通信技術(shù)領(lǐng)域內(nèi),幾乎沒(méi)有一個(gè)分支不受到數(shù)字濾波器技術(shù)的影響。信源編碼,信道編碼,調(diào)制,多路復(fù)用,數(shù)據(jù)壓縮以及自適應(yīng)信道均衡等,都廣泛的采用數(shù)字濾波器,特別是在數(shù)字通信,網(wǎng)絡(luò)通信,圖像通信,多媒體通信等應(yīng)用中,離開(kāi)了數(shù)字濾波器,幾乎是寸步難行,其中,別人玩是通信技術(shù)未來(lái)發(fā)展方向的軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù),更是以數(shù)字濾波技術(shù)為基礎(chǔ)。 
(4)電視 
數(shù)字電視取代模擬電視已經(jīng)是必然的趨勢(shì)。高清晰電視的普及指日可待,與之配置的視頻光盤(pán)技術(shù)已經(jīng)形成巨大市場(chǎng)產(chǎn)業(yè):可視電話(huà)和會(huì)議電視產(chǎn)品不斷更新?lián)Q代。視頻壓縮和音頻壓縮技術(shù)所取得的成就和標(biāo)準(zhǔn)化工作,促成了電視領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展,而數(shù)字濾波器及其相關(guān)技術(shù)是視頻壓縮和音頻壓縮技術(shù)的重要基礎(chǔ)。 
(5)雷達(dá) 
雷達(dá)信號(hào)占有的頻帶非常寬,數(shù)據(jù)傳輸速率也非常高,因而壓縮數(shù)據(jù)量和降低數(shù)據(jù)傳輸速率是雷達(dá)信號(hào)數(shù)字處理面臨的首要問(wèn)題。告訴數(shù)字器件的出現(xiàn)促進(jìn)了雷達(dá)信號(hào)處理技術(shù)的進(jìn)步。在現(xiàn)代雷達(dá)系統(tǒng)中,數(shù)字信號(hào)處理部分是不可缺少的,因?yàn)閺男盘?hào)處理,濾波,加工到目標(biāo)參數(shù)的估計(jì)和目標(biāo)成像的顯示都離不開(kāi)數(shù)字濾波技術(shù)。雷達(dá)信號(hào)的數(shù)字濾波器是當(dāng)今十分活躍的研究領(lǐng)域之一。
(6)聲納 
聲納信號(hào)處理分為兩大類(lèi),即有源聲納信號(hào)處理和無(wú)源聲納信號(hào)處理,有源聲納系統(tǒng)涉及的許多理論和技術(shù)與雷達(dá)系統(tǒng)相同。例如,他們都要產(chǎn)生和發(fā)射脈沖是探測(cè)信號(hào),他們的信號(hào)處理任務(wù)都主要是對(duì)微弱的目標(biāo)回?fù)苓M(jìn)行檢測(cè)和分析,從而達(dá)到對(duì)目標(biāo)進(jìn)行探測(cè),定位,跟蹤,導(dǎo)航,成像顯示等目的,他們要應(yīng)用到的主要信號(hào)處理技術(shù)包括濾波,門(mén)限比較,譜估計(jì)等。 
(7)生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理 
數(shù)字濾波器在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用日益廣泛,如對(duì)腦電圖和心電圖的分析,層析x射線(xiàn)攝影的計(jì)算機(jī)輔助分析,胎兒心音的自適應(yīng)檢測(cè)等。 
(8)音樂(lè) 
數(shù)字濾波器為音樂(lè)領(lǐng)域開(kāi)辟了一個(gè)新局面,在對(duì)音樂(lè)信號(hào)進(jìn)行編輯,合成以及在音樂(lè)中加入交混回響,合聲等特殊方面,數(shù)字濾波技術(shù)都顯示出了強(qiáng)大的威力。數(shù)字濾波器還可用于作曲,錄音和播放,或?qū)εf錄音帶的音質(zhì)進(jìn)行恢復(fù)等。
(9)其他領(lǐng)域 
數(shù)字濾波器的應(yīng)用領(lǐng)域如此廣泛,以至于完全列舉他們是根本不可能的,處理以上幾個(gè)領(lǐng)域外,還有許多其他的應(yīng)用領(lǐng)域。例如,在軍事上唄大量應(yīng)用于導(dǎo)航,制導(dǎo),電子對(duì)抗,戰(zhàn)場(chǎng)偵查。。 
     隨著信息時(shí)代數(shù)字時(shí)代的到來(lái),數(shù)字濾波技術(shù)已經(jīng)車(chē)位一門(mén)及其重要的學(xué)科和技術(shù)領(lǐng)域。以往的濾波器大多采用模擬電路技術(shù),但是,模擬電力技術(shù)存在很多難以解決的問(wèn)題,例如, 模擬電路元件對(duì)溫度的敏感性,等等。而采用數(shù)字技術(shù)則避免很多類(lèi)似的難題,當(dāng)然數(shù)字濾波器在其他方面有很多突出的優(yōu)點(diǎn),在前面部分已經(jīng)提到,這些都是模擬技術(shù)所不能及的,所以采用數(shù)字濾波器對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理是目前發(fā)展的方向


三、本文研究?jī)?nèi)容
主要研究基于Matlab的FIR帶通濾波器。具體是采用窗函數(shù)設(shè)計(jì)法、頻率采樣法、等波紋逼近法進(jìn)行設(shè)計(jì),并用Matlab軟件編寫(xiě)程序進(jìn)行仿真。 
1.研究FIR濾波器的定義、分類(lèi)、應(yīng)用以及設(shè)計(jì)方法。
2.了解FIR濾波器窗函數(shù)的設(shè)計(jì)方法及原理。 
3.了解FIR濾波器頻率采樣的設(shè)計(jì)方法及原理。 
4.了解FIR濾波器等波紋逼近的設(shè)計(jì)方法及原理。 
5.確定濾波器的技術(shù)指標(biāo),并進(jìn)行Matlab仿真。 
結(jié)合上述內(nèi)容,設(shè)計(jì)編程,完成利用Matlab軟件設(shè)計(jì)FIR帶通濾波器并進(jìn)行仿真優(yōu)化。通過(guò)設(shè)計(jì)編程,加深對(duì)知識(shí)的理解和運(yùn)用。
四、設(shè)計(jì)方案
1、IIR濾波器的設(shè)計(jì)原理
IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)一般是利用目前已經(jīng)很成熟的模擬濾波器的設(shè)計(jì)方法來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì),通常采用模擬濾波器原型有butterworth函數(shù)、chebyshev函數(shù)、bessel函數(shù)、橢圓濾波器函數(shù)等。
IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)步驟:
(1) 按照一定規(guī)則把給定的濾波器技術(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)換為模擬低通濾波器的技術(shù)指標(biāo);
(2) 根據(jù)模擬濾波器技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)為響應(yīng)的模擬低通濾波器;
(3) 很據(jù)脈沖響應(yīng)不變法和雙線(xiàn)性不變法把模擬濾波器轉(zhuǎn)換為數(shù)字濾波器;
(4) 如果要設(shè)計(jì)的濾波器是高通、帶通或帶阻濾波器,則首先把它們的技術(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)化為模擬低通濾波器的技術(shù)指標(biāo),設(shè)計(jì)為數(shù)字低通濾波器,最后通過(guò)頻率轉(zhuǎn)換的方法來(lái)得到所要的濾波器。
2、 FIR濾波器的設(shè)計(jì)原理
FIR濾波器通常采用窗函數(shù)方法來(lái)設(shè)計(jì)。窗設(shè)計(jì)的基本思想是,首先選擇一個(gè)適當(dāng)?shù)睦硐脒x頻濾波器(它總是具有一個(gè)非因果,無(wú)限持續(xù)時(shí)間脈沖響應(yīng)),然后街區(qū)(加窗)它的脈沖響應(yīng)得到線(xiàn)性相位和因果FIR濾波器。
它是從時(shí)域出發(fā),用一個(gè)窗函數(shù)截取理想的 得到h(n),以有限長(zhǎng)序列h(n)近似理想的 :如果從頻域出發(fā),用理想的  在單位圓上等角度取樣得到H(k),根據(jù)h(k)得到H(z)將逼近理想的H (z),這就是頻率取樣法。
窗函數(shù)設(shè)計(jì)法

    同其他的數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法一樣,用窗函數(shù)設(shè)計(jì)濾波器也是首先要對(duì)濾波器提出性能指標(biāo)。一般是給定一個(gè)理想的頻率響應(yīng)    ,使所設(shè)計(jì)的FIR濾波器的頻率響應(yīng)h  去逼近所要求的理想濾波器的響應(yīng)。窗函數(shù)的設(shè)計(jì)的任務(wù)在于尋找一個(gè)可實(shí)現(xiàn)(有限長(zhǎng)單位脈沖響應(yīng))的傳遞函數(shù)。
       =  (4—1)

  去逼近。我們知道,一個(gè)理想的頻率響應(yīng) 的傅立葉變換
        =     (4—2)
      
     所得到的理想單位脈沖響應(yīng)往往是一個(gè)無(wú)限長(zhǎng)序列。對(duì) 經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)募訖?quán)、截?cái)嗵幚聿诺玫揭粋(gè)需要的有限長(zhǎng)脈沖響應(yīng)序列。對(duì)應(yīng)不同的加權(quán)、截?cái),就有不同的窗函?shù)。所要尋找的濾波器脈沖響應(yīng)就等理想脈沖響應(yīng)窗函數(shù)的乘積。即
   h=w          (4—3)
由此可見(jiàn),窗函數(shù)的性質(zhì)就決定了濾波器的品質(zhì)。例如:窗函數(shù)的主瓣寬度決定了濾波器的過(guò)渡帶寬:窗函數(shù)的旁瓣代銷(xiāo)決定了濾波器的阻帶衰減。
1、矩形窗        
 w=                (4—4)                                  
2、Hamming窗 
w=[0.54-0.46cos()]              (4—5)       
3、Blackman窗 
 w=[0.42-0.5cos()+cos()]    (4—6)       
4、Kaiser窗     
   w=         (4—7)   
窗函數(shù)法設(shè)計(jì)線(xiàn)性相位FIR濾波器可以按如下步驟進(jìn)行:
1、確定數(shù)字濾波器的性能要求。確定各臨界頻率{}和濾波器單位脈沖響應(yīng)長(zhǎng)度N。
2、根據(jù)性能要求和N值,合理的選擇單位脈沖響應(yīng)h(n)有奇偶對(duì)稱(chēng)性,從而確定理想頻率響應(yīng)的幅頻特性和相位特性。
3、用傅立葉反變換公式求得理想單位脈沖響應(yīng)  。
4、選擇適當(dāng)?shù)拇昂瘮?shù)W(n),根據(jù)式h=w,求得所設(shè)計(jì)的FIR濾波器單位脈沖響應(yīng)。
5、用傅立葉變換求得其頻率響應(yīng)H,分析它的幅頻特性,若不滿(mǎn)足要求,可適當(dāng)改變窗函數(shù)形式或長(zhǎng)度N,重復(fù)上述過(guò)程,直至得到滿(mǎn)意的結(jié)果。

五、論文結(jié)構(gòu)

六、參考文獻(xiàn)
[1]  馬玉韜, 軒秀巍, 車(chē)進(jìn), 滕建輔. 基于全相位濾波理論的基因預(yù)測(cè)[J].上海交通大學(xué)學(xué)報(bào),2013,(07).
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[3] 黃翔東,王兆華.任意正交變換下的全相位等效 FIR 濾波器的構(gòu)造[J].天津大學(xué)學(xué)報(bào),2006,39(9):1120-1125
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