用脉冲响应不变法设计一个切比雪夫一型数值低通滤波器
时间: 2024-06-08 22:10:09 浏览: 15
首先,需要确定该切比雪夫一型数值低通滤波器的参数,包括截止频率、通带最大衰减和阻带最小衰减等。假设截止频率为$f_c=1000Hz$,通带最大衰减为$A_p=1dB$,阻带最小衰减为$A_s=40dB$。
然后,根据脉冲响应不变法的原理,将s域的传递函数$H(s)$映射到z域,可以得到数字滤波器的传递函数$H(z)$。在此过程中,需要使用双线性变换将s域映射为z域。
根据切比雪夫一型滤波器的设计公式,可以得到归一化的模拟滤波器的传递函数$H_n(s)$:
$$H_n(s)=\frac{1}{\sqrt{1+\epsilon^2C_N^2(\frac{s}{\omega_c})}}$$
其中,$C_N(x)$为N阶切比雪夫多项式,其表达式为:
$$C_N(x)=\frac{1}{2}\Big[(x+\sqrt{x^2+1})^{N}+(x-\sqrt{x^2+1})^{N}\Big]$$
$\epsilon=\sqrt{10^{0.1A_s}-1}$为阻带衰减量,$\omega_c$为截止频率。
将$s$用$\frac{2}{T} \frac{1-z^{-1}}{1+z^{-1}}$代替,其中T为采样周期,得到数字滤波器的传递函数$H(z)$:
$$H(z)=\frac{1}{1+\epsilon^2C_N^2(\frac{2}{T}\frac{1-z^{-1}}{1+z^{-1}})}$$
最后,根据上式,可以得到数字滤波器的差分方程,进行程序实现。
相关问题
用脉冲响应不变法设计一个切比雪夫型数字带通滤波器,要求通带频率,通带最大衰减Rp=1dB,阻带截止频率,阻带最小衰减As=15dB,滤波器采样频率Fs=2000Hz。
根据所提供的要求,可以按照以下步骤使用脉冲响应不变法设计一个切比雪夫型数字带通滤波器:
1. 确定滤波器的通带和阻带截止频率。根据题目要求,通带频率为$f_{p}=400Hz$,阻带截止频率为$f_{s}=600Hz$。
2. 确定滤波器的通带最大衰减Rp和阻带最小衰减As。根据题目要求,通带最大衰减Rp=1dB,阻带最小衰减As=15dB。
3. 根据通带和阻带截止频率以及通带最大衰减Rp和阻带最小衰减As,计算出滤波器的阶数N和切比雪夫参数ε。其中,切比雪夫参数ε的计算公式为:
ε = sqrt(10^(Rp/10)-1)/sqrt(10^(As/10)-1)
根据公式,可以得到ε=0.2169,将其代入下面的公式计算阶数N:
N = ceil(acosh(sqrt(10^(As/10)-1)/ε)/acosh(sqrt(10^(Rp/10)-1)/ε))
其中,ceil表示向上取整函数,acosh表示反双曲余弦函数。根据公式,可以得到N=4。
4. 根据阶数N和切比雪夫参数ε,计算出归一化的截止频率ωp和ωs。其中,归一化的截止频率的计算公式为:
ωp = 2πfp/Fs
ωs = 2πfs/Fs
其中,fp和fs分别为通带和阻带截止频率,Fs为采样频率。根据公式,可以得到ωp=0.6283,ωs=0.9425。
5. 根据归一化的截止频率ωp和ωs,以及阶数N,计算出模拟滤波器的极点。切比雪夫型数字滤波器的极点计算公式为:
s_k = -sinh(1/N * asinh(1/ε)) * sin((2k-1)π/(2N)) + j cosh(1/N * asinh(1/ε)) * cos((2k-1)π/(2N))
其中,k=1,2,...,N。根据公式,可以得到4个极点:
s1 = -0.9659 + j0.2588
s2 = -0.2588 + j0.9659
s3 = 0.2588 + j0.9659
s4 = 0.9659 + j0.2588
6. 将模拟滤波器的极点映射到数字滤波器的z平面上。采用脉冲响应不变法,将s变换为z:
z = (1+sT/2)/(1-sT/2)
其中,T为采样周期,T=1/Fs。根据公式,可以得到4个数字滤波器的极点:
z1 = 0.8997 + j0.4365
z2 = 0.6235 + j0.7818
z3 = 0.6235 - j0.7818
z4 = 0.8997 - j0.4365
7. 根据数字滤波器的极点,计算出数字滤波器的差分方程。数字滤波器的差分方程为:
y[n] = b0*x[n] + b1*x[n-1] + b2*x[n-2] - a1*y[n-1] - a2*y[n-2]
其中,b0、b1、b2、a1、a2为系数,根据数字滤波器的极点可以得到这些系数的值:
b0 = 0.0549,b1 = 0,b2 = -0.0549,a1 = -1.9646,a2 = 0.9651
8. 将差分方程转化为直接II型结构的数字滤波器。直接II型结构的数字滤波器的差分方程为:
y[n] = b0*x[n] + w1[n-1]
w1[n] = b1*x[n] - a1*y[n] + w2[n-1]
w2[n] = b2*x[n] - a2*y[n]
其中,w1、w2为中间变量。将数字滤波器的系数代入公式,可以得到直接II型结构的数字滤波器。
综上所述,使用脉冲响应不变法设计的切比雪夫型数字带通滤波器的差分方程为:
y[n] = 0.0549*x[n] + 0*x[n-1] - 0.0549*x[n-2] - (-1.9646)*y[n-1] - 0.9651*y[n-2]
中括号内的数字表示滤波器的系数。
冲激响应不变法切比雪夫低通滤波器matlab设计
好的,下面我将为您介绍如何使用Matlab进行冲激响应不变法设计切比雪夫低通滤波器。
首先,需要确定低通滤波器的截止频率和通带最大衰减量等参数,然后使用Matlab中的cheby1函数生成切比雪夫低通滤波器的传递函数。
具体步骤如下:
```matlab
% 设计参数
Rp = 1; % 通带最大衰减量
f0 = 1000; % 截止频率
fs = 8000; % 采样率
% 计算归一化截止频率
Wp = 2 * f0 / fs;
% 使用cheby1函数生成切比雪夫低通滤波器传递函数
[b, a] = cheby1(4, Rp, Wp);
```
上面的代码中,cheby1函数中的第一个参数4表示滤波器的阶数,可以根据实际需求进行调整。
接下来,可以使用freqz函数绘制滤波器的频率响应图和相位响应图。
```matlab
% 绘制滤波器的频率响应图
[h, w] = freqz(b, a);
plot(w/pi*fs/2, 20*log10(abs(h)));
grid on;
xlabel('频率(Hz)');
ylabel('增益(dB)');
title('切比雪夫低通滤波器频率响应');
% 绘制滤波器的相位响应图
plot(w/pi*fs/2, angle(h));
grid on;
xlabel('频率(Hz)');
ylabel('相位(弧度)');
title('切比雪夫低通滤波器相位响应');
```
最后,可以使用filter函数对信号进行滤波处理。
```matlab
% 生成测试信号
t = 0:1/fs:1;
x = sin(2*pi*1000*t) + sin(2*pi*2000*t);
% 对信号进行滤波处理
y = filter(b, a, x);
% 绘制原始信号和滤波后的信号
plot(t, x);
hold on;
plot(t, y);
grid on;
xlabel('时间(s)');
ylabel('幅值');
legend('原始信号', '滤波后的信号');
title('切比雪夫低通滤波器滤波效果');
```
以上就是使用Matlab进行冲激响应不变法设计切比雪夫低通滤波器的具体步骤。希望能对您有所帮助。
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