实验三FIR数字滤波器的设计-7页word资料
FIR滤波器设计实验报告
FIR滤波器设计实验报告实验报告：FIR滤波器设计一、实验目的：本实验旨在通过设计FIR滤波器，加深对数字信号处理中滤波器原理的理解，掌握FIR滤波器的设计方法和调试技巧。
二、实验原理：在窗函数法中，常用的窗函数有矩形窗、三角窗、汉明窗和黑曼窗等。
根据实际需求选择适当的窗口函数，并通过将窗口函数应用到理想低通滤波器的冲激响应中，得到FIR滤波器的冲激响应。
三、实验步骤：1.确定滤波器的阶数和截止频率。
2.选择适当的窗口函数，如汉明窗。
3.计算出理想低通滤波器的冲激响应。
4.将选定的窗口函数应用到理想低通滤波器的冲激响应中。
5.得到FIR滤波器的冲激响应。
四、实验结果：假设要设计一个阶数为10的FIR滤波器，截止频率为800Hz，采样频率为1600Hz。
1.选择汉明窗作为窗口函数。
2.根据采样频率和截止频率计算出理想低通滤波器的冲激响应。
假设截止频率为f_c，则理想低通滤波器的冲激响应为：h(n) = 2f_c * sinc(2f_c * (n - (N-1)/2))其中，sinc(x)为正弦函数sin(x)/x。
3.将汉明窗应用到理想低通滤波器的冲激响应中，得到FIR滤波器的冲激响应。
具体计算过程如下：h(n) = w(n) * h_ideal(n)其中，w(n)为汉明窗：w(n) = 0.54 - 0.46 * cos(2πn/(N-1))h_ideal(n)为理想低通滤波器的冲激响应。
4.计算得到FIR滤波器的冲激响应序列。
五、实验总结：本次实验通过设计FIR滤波器，加深了对数字信号处理中滤波器原理的理解。
掌握了FIR滤波器的设计方法和调试技巧。
通过设计阶数为10的FIR滤波器，截止频率为800Hz，采样频率为1600Hz的实例，了解了窗函数法设计FIR滤波器的具体步骤，并得到了滤波器的冲激响应。
【备注】以上内容仅为参考，具体实验报告内容可能根据实际情况有所调整。
FIR数字滤波器设计实验_完整版
FIR数字滤波器设计实验_完整版本实验旨在设计一种FIR数字滤波器，以滤除信号中的特定频率成分。
下面是完整的实验步骤：材料：-MATLAB或其他支持数字信号处理的软件-计算机-采集到的信号数据实验步骤：1.收集或生成需要滤波的信号数据。
可以使用外部传感器采集数据，或者在MATLAB中生成一个示波器信号。
2. 在MATLAB中打开一个新的脚本文件，并导入信号数据。
如果你是使用外部传感器采集数据，请将数据以.mat文件的形式保存，并将其导入到MATLAB中。
3.对信号进行预处理。
根据需要，你可以对信号进行滤波、降噪或其他预处理操作。
这可以确保信号数据在输入FIR滤波器之前处于最佳状态。
4.确定滤波器的设计规范。
根据信号的特性和要滤除的频率成分，确定FIR滤波器的设计规范，包括滤波器的阶数、截止频率等。
你可以使用MATLAB中的函数来帮助你计算滤波器参数。
5. 设计FIR滤波器。
使用MATLAB中的fir1函数或其他与你所使用的软件相对应的函数来设计满足你的规范条件的FIR滤波器。
你可以选择不同的窗函数（如矩形窗、汉宁窗等）来平衡滤波器的频域和时域性能。
6. 对信号进行滤波。
将设计好的FIR滤波器应用到信号上，以滤除特定的频率成分。
你可以使用MATLAB中的conv函数或其他相应函数来实现滤波操作。
7.分析滤波效果。
将滤波后的信号与原始信号进行比较，评估滤波效果。
你可以绘制时域图、频域图或其他特征图来分析滤波效果。
8.优化滤波器设计。
如果滤波效果不理想，你可以调整滤波器设计参数，重新设计滤波器，并重新对信号进行滤波。
这个过程可能需要多次迭代，直到达到最佳的滤波效果。
9.总结实验结果。
根据实验数据和分析结果，总结FIR滤波器设计的优点和缺点，以及可能的改进方向。
通过完成以上实验步骤，你将能够设计并应用FIR数字滤波器来滤除信号中的特定频率成分。
这对于许多信号处理应用都是非常重要的，如音频处理、图像处理和通信系统等。
FIR数字滤波器的设计报告
一、实验名称：FIR 数字滤波器的设计 二、实验内容：1. 分别用矩形窗和哈明窗设计FIR 低通滤波器，设窗宽11=N ，截止频率rad c πω2.0=，要求绘出两种窗函数设计的滤波器幅频曲线。
程序代码：N=11;h1=fir1(N-1,0.2,boxcar(N)); h2=fir1(N-1,0.2,hamming(N)); w=0:0.01:pi; H1=freqz(h1,1,w);H1db=20*log10(abs(H1)/max(abs(H1))); H2=freqz(h2,1,w);H2db=20*log10(abs(H2) /max(abs(H1))); subplot(1,2,1)plot(w/pi,abs(H1),'-.',w/pi,abs(H2)) legend('矩形窗','哈明窗'); xlabel('w/pi');ylabel('幅频响应'); subplot(1,2,2)plot(w/pi,H1db,'-.',w/pi,H2db) xlabel('w/pi');ylabel('dB'); legend('矩形窗','哈明窗'); 图形：0.510.20.40.60.811.2w/pi幅频响应0.51-120-100-80-60-40-2020w/pid B2. 设计一个线性相位FIR 低通滤波器，通带截止频率为rad p πω2.0=，阻带截止频率为rad s πω4.0=，阻带最小衰减为dB s 50=α。
要求分别绘制理想脉冲响应曲线，哈明窗曲线，实际脉冲响应曲线，FIR 低通滤波器的幅频曲线（分贝形式）。
程序代码：wp=0.2*pi;ws=0.4*pi;tr_width=ws-wp; %计算过渡带的带宽N=ceil(8*pi/tr_width); %计算滤波器的阶次 n=0:N-1;wc=(ws+wp)/2; %计算3 dB 截止频率 alpha=(N-1)/2; %单位响应的对称中心m=n-alpha;hd=sin(wc*m)./(pi*m); %理想低通滤波器的单位响应 w_ham=(hamming(N))';h=hd.*w_ham; %实际滤波器的单位响应 w=0:0.01:pi;H=freqz(h,1,w); %实际滤波器的幅频特性 dbH=20*log10(abs(H)/max(abs(H)));subplot(221);stem(n,hd,’.’);title('理想单位响应'); xlabel('n');ylabel('hd(n)');subplot(222);stem(n,w_ham,’.’);title('哈明窗'); xlabel('n');ylabel('w(n)');subplot(223);stem(n,h,’.’);title('实际单位响应'); xlabel('n');ylabel('h(n)');subplot(224);plot(w/pi,db);title('幅频响应'); xlabel('w/pi');ylabel('分贝数'); 图形：102030理想单位响应nh d (n)哈明窗n w (n )nh (n )0.20.41-120-100-505幅频响应w/pi分贝数3. 利用频率采样法设计线性相位低通滤波器，要求3 dB 截止频率rad c 2/πω=，采样点数取33=N ，选用)1()(n N h n h --=的情况。
fir数字滤波器设计实验报告
fir数字滤波器设计实验报告FIR数字滤波器设计实验报告概述数字滤波器是数字信号处理中的重要组成部分，广泛应用于音频、图像、视频等领域。
其中，FIR数字滤波器是一种常见的数字滤波器，具有线性相位、稳定性好、易于实现等优点。
本实验旨在设计一种基于FIR数字滤波器的信号处理系统，实现对信号的滤波和降噪。
实验步骤1. 信号采集需要采集待处理的信号。
本实验采用的是模拟信号，通过采集卡将其转换为数字信号，存储在计算机中。
2. 滤波器设计接下来，需要设计FIR数字滤波器。
为了实现对信号的降噪，我们选择了低通滤波器。
在设计滤波器时，需要确定滤波器的阶数、截止频率等参数。
本实验中，我们选择了8阶低通滤波器，截止频率为500Hz。
3. 滤波器实现设计好滤波器后，需要将其实现。
在本实验中，我们采用MATLAB 软件实现FIR数字滤波器。
具体实现过程如下：定义滤波器的系数。
根据滤波器设计的公式，计算出系数值。
利用MATLAB中的filter函数对信号进行滤波。
将采集到的信号作为输入，滤波器系数作为参数，调用filter函数进行滤波处理。
处理后的信号即为滤波后的信号。
4. 结果分析需要对处理后的信号进行分析。
我们可以通过MATLAB绘制出处理前后的信号波形图、频谱图，比较它们的差异，以评估滤波器的效果。
结果显示，经过FIR数字滤波器处理后，信号的噪声得到了有效的降低，滤波效果较好。
同时，频谱图也显示出了滤波器的低通特性，截止频率处信号衰减明显。
结论本实验成功设计并实现了基于FIR数字滤波器的信号处理系统。
通过采集、滤波、分析等步骤，我们实现了对模拟信号的降噪处理。
同时，本实验还验证了FIR数字滤波器的优点，包括线性相位、稳定性好等特点。
在实际应用中，FIR数字滤波器具有广泛的应用前景。
FIR滤波器设计与实现实验报告
FIR滤波器设计与实现实验报告实验报告：FIR滤波器设计与实现一、实验目的本实验旨在通过设计和实现FIR滤波器来理解数字滤波器的原理和设计过程，并且掌握FIR滤波器的设计方法和实现技巧。
二、实验原理1.选择滤波器的类型和阶数根据滤波器的类型和阶数的不同，可以实现不同的滤波效果。
常见的滤波器类型有低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。
选择适当的滤波器类型和阶数可以实现对不同频率分量的滤波。
2.确定滤波器的系数在设计FIR滤波器时，系数的选择对滤波器的性能有重要影响。
通常可以使用窗函数法、最小二乘法、频率采样法等方法来确定系数的值。
常见的窗函数有矩形窗、汉明窗和布莱克曼窗等。
三、实验步骤1.确定滤波器的类型和阶数根据实际需求和信号特点，选择合适的滤波器类型和阶数。
例如，如果需要设计一个低通滤波器，可以选择实验中使用的巴特沃斯低通滤波器。
2.确定滤波器的频率响应根据滤波器的类型和阶数，确定滤波器的频率响应。
可以通过matlab等软件来计算和绘制滤波器的频率响应曲线。
3.确定滤波器的系数根据频率响应的要求，选择合适的窗函数和窗长度来确定滤波器的系数。
可以使用matlab等软件来计算和绘制窗函数的形状和频率响应曲线。
4.实现滤波器的功能将滤波器的系数应用于输入信号，通过加权求和得到输出信号的采样点。
可以使用matlab等软件来模拟和验证滤波器的功能。
四、实验结果在实际实验中，我们选择了一个4阶低通滤波器进行设计和实现。
通过计算和绘制滤波器的频率响应曲线，确定了窗函数的形状和窗长度。
在实际实验中，我们通过实现一个滤波器功能的matlab程序来验证滤波器的性能。
通过输入不同频率和幅度的信号，观察滤波器对信号的影响，验证了设计的滤波器的功能有效性。
五、实验总结通过本实验，我们深入了解了FIR滤波器的设计原理和实现方法。
通过设计和实现一个具体的滤波器，我们掌握了滤波器类型和阶数的选择方法，以及系数的确定方法。
FIR数字滤波器课程设计报告
FIR数字滤波器课程设计报告数字滤波器是一种通过数字信号处理来实现滤波的设备，主要用于去除信号中的噪声或不需要的频率成分。
在本次课程设计中，我们将设计一个FIR（有限冲激响应）数字滤波器，用于对输入信号进行滤波处理。
一、设计目标设计一个离散时间FIR数字滤波器，具有以下特点：1.滤波器类型：低通滤波器2.滤波器阶数：10阶3.截止频率：2kHz4.采样频率：4kHz二、设计步骤1.确定滤波器系数：根据滤波器类型、阶数和截止频率，利用滤波器设计工具进行计算，得到滤波器的系数。
2.实现滤波器：将滤波器系数作为滤波器的输入，通过算法实现滤波器的功能。
3.验证滤波器性能：使用信号发生器生成一组测试信号，将其输入到滤波器中，并通过示波器观察滤波后的信号波形。
三、滤波器系数计算1.选择滤波器类型为低通滤波器，即希望通过滤波器的信号为低频信号，而将高频信号滤除。
2.选择滤波器阶数为10阶，即滤波器具有10个延迟单元。
3.选择截止频率为2kHz，即希望2kHz以下的信号通过滤波器，2kHz以上的信号被滤除。
四、滤波器实现采用直接型FIR滤波器结构来实现该低通滤波器。
具体算法如下：1.输入信号x(n)和滤波器系数h(n)，其中n表示时刻。
2.延时单元：将输入信号每次延迟一个单位，即x(n)→x(n-1)。
3.权重系数：将延时后的信号与对应的滤波器系数相乘得到权重系数，即a(n)=x(n-1)×h(n)。
4.累加求和：将所有的权重系数相加求和得到输出信号，即y(n)=∑a(n)。
五、滤波器性能验证使用信号发生器产生频率为1kHz，幅度为1V的正弦波信号作为输入信号，将其输入到滤波器中，并通过示波器观察滤波后的信号波形。
同时，使用频谱分析仪观察滤波前后信号的频谱图，并比较滤波效果。
六、总结与改进通过本次课程设计，我们成功设计并实现了一个FIR数字滤波器。
滤波器具有低通特性，能够有效滤除高频信号，保留低频信号。
(完整word版)用窗函数法设计FIR数字滤波器
用窗函数法设计FIR 数字滤波器一、实验目的1.掌握用窗函数法设计FIR 数字滤波器的原理和方法。
2.熟悉线性相位FIR 数字滤波器特征。
3.了解各种窗函数对滤波特性的影响。
二、实验仪器微型计算机 matlab 软件 三、实验原理和方法如果所希望的滤波器的理想频率响应函数为 )(ωj d eH ，则其对应的单位脉冲响应为)(n h d =π21ωωωππd e e H j j d )(⎰-（2-1）窗函数设计法的基本原理是用有限长单位脉冲响应序列)(n h 逼近)(n h d 。
由于)(n h d 往往是无限长序列，且是非因果的，所以用窗函数)(n ω将)(n h d 截断，并进行加权处理，得到：)(n h ＝)(n h d )(n ω (2-2))(n h 就作为实际设计的FIR 数字滤波器的单位脉冲响应序列，其频率响应函数)(ωj d e H 为： )(ωj d eH ＝∑-=-1)(N n j e n h ω (2-3)式中，N 为所选窗函数)(n ω的长度。
由第七章可知，用窗函数法设计的滤波器性能取决于窗函数)(n ω的类型及窗口长度N 的取值。
设计过程中，要根据对阻带最小衰减和过渡带宽度的要求选择合适的窗函数类型和窗口长度N 。
各种类型的窗函数可达到的阻带最小衰减和过渡带宽度见第七章。
这样选定窗函数类型和长度N 后，求出单位脉冲响应)(n h ＝)(n h d ·)(n ω，并按式（2-3）求出)(ωj e H 。
)(ωj e H 是否满足要求，要进行验算。
一般在)(n h 尾部加零使长度满足于2的整数次幂，以便用FFT 计算)(ωj e H 。
如果要观察细节，补零点数增多即可。
如果)(ωj eH 不满足要求，则要重新选择窗函数类型和长度N ，再次验算，直至满足要求。
如果要求线性相位特性，则)(n h 还必须满足)1()(n N h n h --±= (2-4)根据上式中的正负号和长度N 的奇偶性又将线性相位FIR 滤波器分成四类。
数字信号处理 实验三 FIR数字滤波器的设计
实验三 FIR 数字滤波器的设计一、实验目的和要求1．学习线性相位FIR 数字滤波器，熟悉线性相位FIR 滤波器的幅频特性和相位特性；2．理解FIR 滤波器的基本设计方法，掌握设计的原理、方法及步骤；3．了解各种窗函数对滤波器性能的影响，学会使用几种常见的窗函数设计FIR 滤波器，并观察实验结果；4．熟悉相应的计算机高级语言编程。
二、实验设备和分组1．每人一台PC 机；2．Windows 2000/XP 以上版本的操作环境；3．MatLab 6.5及以上版本的开发软件。
三、实验内容（一）实验准备1.五种窗函数基本参数2.窗函数法的设计步骤窗函数设计FIR 数字滤波器是从时域出发的，把理想滤波器的单位取样响应 用合适的窗函数截短成为有限长度的()h n ，使得h （n ）逼近理想的()d h n 。
以实现所设计的滤波器的频率响应()j H e ω 逼近于理想滤波器的频率响应()j d H e ω 。
一个有限长的序列，如果满足频率采样定理的条件，可以通过频谱的有限个采样点的值准确地恢复。
频率抽样法正是采用这种思想来设计FIR 数字滤波器。
a ．给定希望逼近的频率响应函数H d (e jw )。
b ．求单位脉冲响应c ．由过渡带宽及阻带最小衰减的要求，可选定窗形状，并估计窗口长度N 。
原则是在保证阻带衰减满足要求的情况下，尽量选择主瓣窄的窗函数。
d. 计算所设计的FIR 滤波器的单位脉冲响应e ．由h (n )求FIR 滤波器的系统函数 3.MATLAB 提供了fir1函数，以实现线性相位FIR 滤波器。
调用格式如下：hn=fir1(N, wc, ‘ftype’, window)参数：N ：阶数wc ：归一化的数字频率，0≤wc ≤1。
ftype ：滤波器类型，如高通、带阻等。
当ftype=high 时，设计高通FIR 滤波器；当ftype=stop 时，设计带阻FIR 滤波器。
应当注意，在设计高通和带阻滤波器时，阶数N 只能取偶数(h(n)长度N+1为奇数)。
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实验三 FIR数字滤波器的设计
一、实验目的
1.掌握用窗函数法，频率采样法及优化设计法设计FIR滤波器的
原理及方法，熟悉响应的计算机编程；
2.熟悉线性相位FIR滤波器的幅频特性和相频特性；
3.了解各种不同窗函数对滤波器性能的影响。
二、实验原理与方法
线性相位实系数FIR滤波器按其N值奇偶和h(n)的奇偶对称性分为四种：
1、h(n)为偶对称，N为奇数
H(e jω)的幅值关于ω=0，π，2π成偶对称。
2、h(n)为偶对称，N为偶数
H(e jω)的幅值关于ω=π成奇对称，不适合作高通。
3、h(n)为奇对称，N为奇数
H(e jω)的幅值关于ω=0，π，2π成奇对称，不适合作高通和低通。
4、h(n)为奇对称，N为偶数
H(e jω)
ω=0、2π
＝0，不适合作低通。
(一) 窗口法
窗函数法设计线性相位FIR滤波器步骤
•确定数字滤波器的性能要求：临界频率{ωk}，滤波器单位脉冲响应
长度N；
•根据性能要求，合理选择单位脉冲响应h(n)的奇偶对称性，从而确
定理想频率响应H
d
(e jω)的幅频特性和相频特性；
•求理想单位脉冲响应h d(n)，在实际计算中，可对H d(e jω)按M(M远
大于N)点等距离采样，并对其求IDFT得h
M (n)，用h
M
(n)代替h
d
(n)；
•选择适当的窗函数w(n)，根据h(n)= h d(n)w(n)求所需设计的FIR 滤波器单位脉冲响应；
•求H(e jω)，分析其幅频特性，若不满足要求，可适当改变窗函数形式或长度N，重复上述设计过程，以得到满意的结果。
窗函数的傅式变换W(e jω)的主瓣决定了H(e jω)过渡带宽。
W(e jω)的旁瓣大小和多少决定了H(e jω)在通带和阻带范围内波动幅度，常用的几种窗函数有：
•矩形窗 w(n)=R N(n)；
•Hanning窗；
•Hamming窗
；
•Blackmen窗
；
•Kaiser窗。
(x)为零阶贝塞尔函数。
式中I
o
（二）频率采样法
频率采样法是从频域出发，将给定的理想频率响应Hd(e jω)加以等间隔采样
然后以此Hd(k)作为实际FIR数字滤波器的频率特性的采样值H(k),即令由H(k)通过IDFT可得有限长序列h(n)
将上式代入到Z变换中去可得
其中Φ(ω)是内插函数
（三）FIR滤波器的优化设计
FIR滤波器的优化设计是按照最大误差最小化准则，使所设计的频响与理想频响之间的最大误差，在通带和阻带范围均为最小，而且是等波动逼近的。
为了简化起见，在优化设计中一般将线性相位FIR滤波器的单位脉冲响应h(n)的对称中心置于n=0处，此时，线性相位因子α=0。
当N 为奇数，且N=2M+1，则
如希望逼近一个低通滤波器，这里M ，ωp 和ωs 固定为某个值。
在这种情况下有
定义一逼近误差函数：
E(ω)为在希望的滤波器通带和阻带内算出的误差值，W(ω)为加权函数。
k 应当等于比值δ1/δ2，δ1为通带波动，δ2为阻带波动。
在这种情况下，设计过程要求|E(ω)|在区间
的最大值为最小，它
等效于求最小δ2。
根据数学上多项式逼近连续函数的理论，用三角多项式逼近连续函数，在一定条件下存在最佳逼近的三角多项式，而且可以证明这个多项式是唯一的。
这一最佳逼近定理通常称作交替定理。
在逼近过程中，可以固定k ，M ，ωp ，ωs 而允许改变δ2，按照交替定理，首先估计出(M+2)个误差函数的极值频率点{ωi }，i=0,1,...,M+1，共计可以写出(M+2)个方程
式中ρ表示峰值误差。
一般仅需求解出ρ，接着便可用三角多项式找到一组新的极值频率点，并求出新的峰值误差ρ。
依此反复进行，直到前、后两次ρ值不变化为止，最小的ρ即为所求的δ2。
这一算法通常称作雷米兹(Remez)交替算法。
三、实验内容及步骤
(1)N=15,。
用Hanning窗设计一线性相位带通滤波器，观察它的实际3dB和20dB带宽。
N=45，重复这一设计，观察幅频和相位特性的变化，注意长度N变化的影响；
(2)分别改用矩形窗和Blackman窗，设计(1)中的带通滤波器，观察并记录窗函数对滤波器幅频特性的影响，比较三种窗的特点；
(3)用Kaiser窗设计一专用线性相位滤波器，N=40，如
图，当β
0=4，6，10时，分别设计，比较它们的幅频和相频特性，注意β
取不同值时的影响；
wn=kaiser(40,4);
nn=[0:1:39];
alfa=(40-1)/2;
hd=sin(0.4*pi*(nn-alfa))./(pi*(nn-alfa)); h=hd.*wn';
[h1,w1]=freqz(h,1);
plot(w1/pi,20*log10(abs(h1)));
axis([0,1,-80,10]);
grid;
xlabel('¹éÒ»»¯ÆµÂÊ/p')
ylabel('·ù¶È/dB')
(4)用频率采样法设计(3)中的滤波器，过渡带分别设一个过渡点，令
H(k)=0.5。
比较两种不同方法的结果；
(5)用雷米兹(Remez)交替算法设计(3)中的滤波器，并比较(3)、(4)、(5)三种方法的结果。
四、实验思考
1.定性地说明用本实验程序设计的FIR滤波器的3dB截止频率在
什么位置？它等于理想频率响应Hd(e jω)的截止频率吗？
2.如果没有给定h(n)的长度N，而是给定了通带边缘截止频率ωc
，以及相应的衰减，你能根据这些条件用窗函数和阻带临界频率ω
p
法设计线性相位FIR低通滤波器吗？
3.希望以上资料对你有所帮助，附励志名言3条：
4.1、生气，就是拿别人的过错来惩罚自己。
原谅别人，就是善待
自己。
5.2、未必钱多乐便多，财多累己招烦恼。
清贫乐道真自在，无牵
无挂乐逍遥。
6.3、处事不必求功，无过便是功。
为人不必感德，无怨便是德。