数字滤波器设计与Matlab实践

数字滤波器是数字信号处理中的关键组件，它在信号采集、传输和分析过程中起到至关重要的作用。本篇实验内容围绕数字滤波器设计与应用展开，主要涉及IIR（无限 impulse response）和FIR（finite impulse response）两种类型的滤波器设计方法。 首先，实验旨在通过以下四个主要目标来提升学生对数字滤波器的理解和技能： 1. **理解IIR滤波器设计原理**：实验要求学生熟悉巴特沃斯滤波器的设计，这种滤波器以其平坦的滚降率和良好的频率响应特性而知名。通过`afd_butt`函数，学生将学习如何计算滤波器的阶数、截止频率以及使用`u_buttap`设计模拟滤波器的极点和零点，然后利用`imp_invr`函数进行模拟到数字的转换。 2. **掌握FIR滤波器设计**：实验涉及窗函数设计法，这是一种常用的方法，通过调整窗口函数来控制滤波器的频率响应特性。学生需要使用相应的函数来设计FIR滤波器，这有助于他们理解和应用不同的滤波器类型。 3. **利用Matlab实现滤波器**：实验强调了MATLAB在数字滤波器设计中的重要作用。学生需要学会如何使用MATLAB内置的工具如`freqz`及其修改版`freqz_m`来分析和绘制滤波器的频率响应，以及利用这些函数来实际操作滤波器。 4. **信号处理应用**：实验不仅局限于理论设计，还要求学生根据实际信号的频谱特性选择合适的滤波器，并分析滤波器设计的技术指标，以实现对信号的有效处理。通过Simulink动态仿真实验，学生能够直观地观察滤波器在实际信号上的效果。 在整个实验过程中，学生将深入理解数字滤波器设计背后的数学原理，掌握相关的MATLAB编程技巧，并能够灵活运用所学知识解决实际问题，提升信号处理能力。这对于电子工程尤其是通信、图像处理或音频信号处理等领域的人来说是一项必备的技能。