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。
时间: 2024-06-13 18:08:50 浏览: 190
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。
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