一种基于MATLAB的IIR数字滤波器构造方法技术

本发明专利技术公开了一种基于MATLAB的IIR数字滤波器构造方法，在现代数字通信系统中，在原始信号中大都为混有其它信号的复杂的混合信号，所以对原始信号的分析都是基于滤波器而进行的，数字滤波器一般都是用数值运算来完成，不存在阻抗匹配的问题，且它的处理精度高、灵活，能够完成一些特殊滤波功能，并且是模拟滤波器不能完成的。数字滤波器有两种类型:分别为IIR滤波器和FIR滤波器。本发明专利技术提供的IIR数字滤波器构造方法，可以简单快捷的生产IIR数字滤波器，且生成的滤波器高效率，高精度且滤波效果较好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及滤波器构造方法，具体地，涉及一种基于MATLAB的IIR数字滤波器构造方法。
技术介绍
目前，在现代数字通信系统中，在原始信号中大都为混有其它信号的复杂的混合信号，所以对原始信号的分析都是基于滤波器而进行的。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。例如：对数字信号经行滤波以限制他的频带或滤除噪音和干扰或将他们与其他信号进行分离，对信号进行频谱分析或功率谱分析以了解信号的频谱组成进而对信号进行识别，对信号进行某种变换使之更适合于传输存储和应用对信号进行编码以达到数据压缩的目的等等。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数字滤波器了。数字滤波器的优劣直接决定产品的优劣。数字滤波器DF（Digital Filter）根据其单位冲激响应函数的时域特性可分为两类：无限冲激响应IIR（Infinite Impulse Response）滤波器和有限冲激响应FIR（Finite Impulse Response）滤波器。常见的IIR滤波器构造比较复杂，效率较低，滤波效果一般。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，针对上述问题，提出一种基于MATLAB的IIR数字滤波器构造方法，以实现构造效率高且滤波效果好的优点。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种基于MATLAB的IIR数字滤波器构造方法，包括以下步骤：第一步，调用MATLAB信号处理工具箱中提供yulewalk函数，其调用格式为：[b，a]=yulewalk（n，f，m）其中n是给定的滤波器的阶数，f为给定的频率点增量向量，m为与频率向量f对应的理想幅值相应向量，m和f为相同的维数向量，b，a分别为所设计滤波器的分子和分母多项式系数向量；第二步，根据传递函数生成IIR滤波器。进一步的，第二步中使用的传递函数为：，其中h（n）为单位冲激响应序列，z为给定的平面数据，b，a分别为所设计滤波器的分子和分母多项式系数向量，为传递函数。本专利技术的技术方案具有以下有益效果：本专利技术各实施例的构造滤波器方法，由于是基于MATLAB且采用特定函数构造法，可以更高效稳定的构造滤波器。下面通过实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。具体实施方式以下对本专利技术的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。一种基于MATLAB的IIR数字滤波器构造方法，包括以下步骤：第一步，调用MATLAB信号处理工具箱中提供yulewalk函数，其调用格式为：[b，a]=yulewalk（n，f，m）其中n是给定的滤波器的阶数，f为给定的频率点增量向量，m为与频率向量f对应的理想幅值相应向量，m和f为相同的维数向量，b，a分别为所设计滤波器的分子和分母多项式系数向量；第二步，根据传递函数生成IIR滤波器。进一步的，第二步中使用的传递函数为：，其中h（n）为单位冲激响应序列，z为给定的平面数据，b，a分别为所设计滤波器的分子和分母多项式系数向量，为传递函数。一般在MATLAB中设计数字滤波器的步骤有很多，但是本专利技术将其简化为如下两步：（1）根据给定的规矩形式把给出的数字滤波器的技术指标换成模拟低通滤波器的技术指标；（2）如果在应用滤波器的阶数时其技术指标要按照转换后的技术指标。使用冲激响应不变法构造数字滤波器是一种可行的办法，具体来说是使数字滤波器的单位冲激响应序列h（n）模仿模拟滤波器的单位冲激响应ha（t），必须在等间隔抽样其模拟滤波器的单位冲激响应，是得到的ha（t）的抽样值恰好与h（n）相等，即：h（n）=ha（nT）T为抽样周期；得到的单位冲激响应序列的z变换与模拟信号的拉普拉斯变换之间的关系为：这个等式是一种将系统中的从s平面映射到z平面的方法，这样就是我们可以让数字滤波器的单位冲激响应序列根据模拟滤波器的冲激响应序列而运行。可以看出，脉冲响应不变法使得数字滤波器的单位脉冲响应完全模仿模拟滤波器的单位冲激响应，也就是时域逼近良好，而且模拟频率Ω和数字频率ω之间呈线性关系ω=ΩT。使用双线性变换法也可以高效设计出IIR数字滤波器，具体步骤如下：把z平面的数字滤波器的设计转化为s平面的等效模拟滤波器的设计。其关系为：双线性变换法克服了脉冲响应不变法的这种从s平面到z平面的多值映射的缺点，它可以消除了频谱混叠现象，让我们方便使用。不过他也有自身的缺点，就是在变换过程中会产生了非线性的畸变，所以我们在设计IIR数字滤波器的过程中必须进行一定程度的预修正。如果设计的IIR滤波器幅频特性比较复杂，可采用最小二乘法拟合给定幅频响应，使设计的滤波器幅频特性逼近期望的频率特性，这种方法称为IIR滤波器的直接设计方法。使用这个方法则可以综合上述两种方法的优点，具体步骤为：MATLAB信号处理工具箱中提供yulewalk函数实现直接发设计IIR数字滤波器。其调用格式如下：[b，a]=yulewalk（n，f，m）其中n是给定的滤波器的阶数，f为给定的频率点增量向量，m为与频率向量f对应的理想幅值相应向量，m和f为相同的维数向量，b，a分别为所设计滤波器的分子和分母多项式系数向量。IIR滤波器的传递函数如下面的形式：其中h（n）为单位冲激响应序列，z为给定的平面数据，b，a分别为所设计滤波器的分子和分母多项式系数向量，为传递函数。最后应说明的是：以上所述仅为本专利技术的优选实施例而已，并不用于限制本专利技术，尽管参照前述实施例对本专利技术进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本专利技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于MATLAB的IIR数字滤波器构造方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，调用MATLAB信号处理工具箱中提供的yulewalk函数，其调用格式为：[b，a]=yulewalk（n，f，m）其中n是给定的滤波器的阶数，f为给定的频率点增量向量，m为与频率向量f对应的理想幅值相应向量，m和f为相同的维数向量，b，a分别为所设计滤波器的分子和分母多项式系数向量；第二步，根据传递函数生成IIR滤波器。

【技术特征摘要】
1.一种基于MATLAB的IIR数字滤波器构造方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，调用MATLAB信号处理工具箱中提供的yulewalk函数，其调用格式为：[b，a]=yulewalk（n，f，m）其中n是给定的滤波器的阶数，f为给定的频率点增量向量，m为与频率向量f对应的理想幅值相应向量，m和f...

【专利技术属性】
技术研发人员：王智文，杨平，王宇航，
申请(专利权)人：广西科技大学，
类型：发明
国别省市：广西;45