【基础】MATLAB中的信号滤波:实现低通、高通和带通滤波器

发布时间: 2024-05-21 20:22:27 阅读量: 211 订阅数: 302
# 2.1 低通滤波器设计 低通滤波器允许低频分量通过,而衰减高频分量。在MATLAB中,可以使用`butter`函数设计低通滤波器。`butter`函数接受三个参数: - **N:**滤波器阶数 - **Wn:**截止频率(归一化到单位圆) - **type:**滤波器类型('low'、'high'、'bandpass'、'bandstop') 对于低通滤波器,`type`参数设置为'low'。例如,以下代码设计一个阶数为5,截止频率为0.2的低通滤波器: ``` N = 5; Wn = 0.2; [b, a] = butter(N, Wn, 'low'); ``` 其中,`b`和`a`分别为滤波器的分子和分母多项式系数。 # 2. MATLAB滤波器设计 ### 2.1 低通滤波器设计 低通滤波器允许低频信号通过,而衰减高频信号。MATLAB中提供了两种常见的低通滤波器设计方法:巴特沃斯滤波器和切比雪夫滤波器。 #### 2.1.1 巴特沃斯低通滤波器 巴特沃斯低通滤波器的传递函数为: ``` H(s) = 1 / (1 + (s/ωc)^2n) ``` 其中: * `ωc` 是截止角频率 * `n` 是滤波器的阶数 **参数说明:** | 参数 | 描述 | |---|---| | `ωc` | 截止角频率,单位为 rad/s | | `n` | 滤波器的阶数,决定滤波器的陡度 | **代码块:** ``` % 设计巴特沃斯低通滤波器 [b, a] = butter(n, ωc); ``` **逻辑分析:** `butter` 函数用于设计巴特沃斯滤波器。它需要两个参数:滤波器的阶数 `n` 和截止角频率 `ωc`。该函数返回两个系数向量 `b` 和 `a`,用于表示滤波器的传递函数。 #### 2.1.2 切比雪夫低通滤波器 切比雪夫低通滤波器的传递函数为: ``` H(s) = 1 / (1 + ε^2 * (s/ωc)^2n * C_n(s/ωc)) ``` 其中: * `ωc` 是截止角频率 * `n` 是滤波器的阶数 * `ε` 是通带纹波 * `C_n` 是第 `n` 阶切比雪夫多项式 **参数说明:** | 参数 | 描述 | |---|---| | `ωc` | 截止角频率,单位为 rad/s | | `n` | 滤波器的阶数,决定滤波器的陡度 | | `ε` | 通带纹波,表示滤波器在通带内的最大允许增益偏差 | **代码块:** ``` % 设计切比雪夫低通滤波器 [b, a] = cheby1(n, ε, ωc); ``` **逻辑分析:** `cheby1` 函数用于设计切比雪夫滤波器。它需要三个参数:滤波器的阶数 `n`、通带纹波 `ε` 和截止角频率 `ωc`。该函数返回两个系数向量 `b` 和 `a`,用于表示滤波器的传递函数。 # 3. MATLAB滤波器实现 ### 3.1 滤波器应用于时域信号 #### 3.1.1 低通滤波器应用 **代码块:** ``` % 导入时域信号 signal = load('signal.mat'); signal = signal.signal; % 设计低通滤波器 Fs = 1000; % 采样频率 Fpass = 100; % 通带截止频率 Fstop = 200; % 阻带截止频率 Apass = 1; % 通带衰减 Astop = 60; % 阻带衰减 N = 6; % 滤波器阶数 [b, a] = butter(N, Fpass/(Fs/2), 'low'); % 应用低通滤波器 filtered_signal = filtfilt(b, a, signal); % 绘制原始信号和滤波后信号 figure; plot(signal, 'b', 'LineWidth', 1.5); hold on; plot(filtered_signal, 'r', 'LineWidth', 1.5); xlabel('Time (s)'); ylabel(' ```
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