Matlab实现IIR滤波器:低通、高通、带通、带阻设计
本文档是关于滤波器应用的一个实例,使用Matlab程序设计和实现了低通、高通、带通和带阻等类型的IIR滤波器。 在信号处理领域,滤波器是一种关键工具,用于从信号中去除噪声、突出特定频率成分或改变信号的频谱特性。IIR(无限 impulse response)滤波器因其高效的计算性能和对滤波参数的灵活调整而被广泛使用。在给定的Matlab代码中,作者展示了如何设计和实现不同类型的IIR滤波器。 首先,代码中提到了“˵1Ϊʹ˲ܵͣÿ˲ı߽ƵѡԭǾʹ˲ɴܿ”,这可能是指根据具体的应用需求选择合适的滤波器类型。例如,低通滤波器允许低频信号通过,高通滤波器则允许高频信号通过,带通滤波器允许某特定频率范围内的信号通过,而带阻滤波器则会阻止特定频率范围内的信号。 接下来,"2źŲmstgͬƵFs=10kHz" 表明输入信号的采样频率是10kHz,这是数字滤波器设计的重要参数,由奈奎斯特定理决定,确保无失真地捕获信号的关键信息。 在代码的主体部分,可以看到使用了“ellipord”函数来确定滤波器的阶数(N),以及“ellip”函数来设计滤波器的系数(B和A)。这两个函数都是Matlab中用于IIR滤波器设计的内置函数。“ellipord”根据指定的通带截止频率(wp)、阻带截止频率(ws)、通带衰减(rp)和阻带衰减(rs)来确定滤波器的最优阶数。而“ellip”函数则利用这些参数生成椭圆滤波器的传递函数系数B和A。 接着,使用“filter”函数将设计好的滤波器应用于输入信号“st”,生成了经过滤波处理后的输出信号“y1t”、“y2t”。这一步骤实现了滤波器的实时运算。 最后,通过“figure”和“subplot”函数显示了滤波器的频率响应和时间域信号,如“exp1.m”所示。这些图形有助于分析滤波器的性能,如其频率选择性、衰减特性和是否引入了信号失真。 这段代码提供了设计和使用IIR滤波器的基本步骤,包括了滤波器类型的选择、参数设置、滤波器设计、滤波操作和结果可视化。这对于理解滤波器的工作原理以及在Matlab中进行信号处理是非常有价值的实践示例。
(2)与信号产生函数mstg相同,采样频率Fs=10kHz。
(3)为了滤波器阶数最低,选用椭圆滤波器。(之后,再依次实现巴特沃斯、切比雪夫1、切比雪夫2数字滤波器)
按照图2 所示的程序框图编写的实验程序为exp1.m。
2、实验程序清单
%实验1程序exp1.m
% IIR数字滤波器设计及软件实现
clear all;close all
Fs=10000;T=1/Fs; %采样频率
%调用信号产生函数mstg产生由三路抑制载波调幅信号相加构成的复合信号st
st=mstg;
%低通滤波器设计与实现=========================================
fp=280;fs=450;
wp=2*fp/Fs;ws=2*fs/Fs;rp=0.1;rs=60; %DF指标(低通滤波器的通、阻带边界频)
[N,wp]=ellipord(wp,ws,rp,rs); %调用ellipord计算椭圆DF阶数N和通带截止频率wp
[B,A]=ellip(N,rp,rs,wp); %调用ellip计算椭圆带通DF系统函数系数向量B和A
y1t=filter(B,A,st); %滤波器软件实现
% 低通滤波器设计与实现绘图部分
figure(5);
subplot(2,1,1);
myplot(B,A); %调用绘图函数myplot绘制损耗函数曲线
yt='y_1(t)';
subplot(2,1,2);
tplot(y1t,T,yt); %调用绘图函数tplot绘制滤波器输出波形
%带通滤波器设计与实现====================================================
fpl=440;fpu=560;fsl=275;fsu=900;
wp=[2*fpl/Fs,2*fpu/Fs];ws=[2*fsl/Fs,2*fsu/Fs];rp=0.1;rs=60;
[N,wp]=ellipord(wp,ws,rp,rs); %调用ellipord计算椭圆DF阶数N和通带截止频率wp
[B,A]=ellip(N,rp,rs,wp); %调用ellip计算椭圆带通DF系统函数系数向量B和A
y2t=filter(B,A,st); %滤波器软件实现
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