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1.数字滤波器:输入、输出均为数字信号,通过数值运算处理改变输入信号所含频率成分的相对比例,或者滤除某些频率成分的数字器件或程序。利用A/DC和D/AC,可以使用数字滤波器对模拟信号进行滤波。2.数字滤波器的分类(1)从有用信号与干扰的频带位置划分:经典滤波器、现代滤波器(2)从滤波特性划分:低通、高通、带通、带阻滤波器(3)从实现的网络结构或者从单位脉冲响应划分:无限脉冲响应(IIR)滤波器、有限脉冲响应(FIR)滤波器(4)从滤波器对信号的处理作用划分:选频滤波器、其它滤波器3.数字滤波器的技术指标常用数字滤波器一般属于选频滤波器。数字滤波器的传输函数H(ejω)用下式表示:|H(ejω)|:幅频特性函数;表示信号通过滤波器后各频率成分振幅衰减情况。θ(ω):相频特性函数。反映各频率成分通过滤波器后在时间上的延时情况。一般选频滤波器的技术要求由幅频特性给出。图6.1.3低通滤波器的幅频特性指标示意图ωP:通带边界频率通带频率范围为0≤|ω|≤ωp,在通带中(1-δ1)<|H(ejω)|≤1ωS:阻带截止频率。阻带频率范围为ωs≤|ω|≤π,在阻带中|H(ejω)|≤δ2。ωC:3dB通带截止频率。p:通带内允许的最大衰减(用分贝数表示)p越小,通带波纹越小,通带逼近误差就越小S:阻带内允许的最小衰减(用分贝数表示)s越大,阻带波纹越小,阻带逼近误差就越小δ1:通带波纹幅度δ2:阻带波纹幅度4.数字滤波器设计方法概述IIR滤波器设计方法有间接法和直接法:间接法:借助于模拟滤波器的设计方法进行。直接法:直接在频域或者时域中设计数字滤波器。FIR滤波器不能采用间接法,常用的设计方法有窗函数法、频率采样法和切比雪夫等波纹逼近法。线性相位滤波器,经常采用FIR滤波器。6.2模拟滤波器的设计1.模拟低通滤波器的设计指标及逼近方法模拟低通滤波器的设计指标参数:Ωp、Ωs、p、sΩp:通带边界频率ΩS:阻带截止频率p:通带最大衰减(通带[0,Ωp]中允许A(Ω)的最大值)S:阻带最小衰减(阻带Ω≥Ωs上允许A(Ω)的最小值)设计模拟滤波器时,设计指标一般由幅频响应函数|Ha(jΩ)|给出,而模拟滤波器设计就是根据设计指标,求系统函数Ha(s)。2.巴特沃斯低通滤波器的设计巴特沃斯低通滤波器的幅度平方函数|Ha(jΩ)|2:因此,设计步骤为:(1)根据技术指标求出阶数N;(2)按照式求出N个极点;(3)按照式得到归一化低通原型系统函数Ga(p);(4)若给定Ωc,再去归一化,即将p=s/Ωc代入Ga(p)中(或由公式求出sk=Ωcpk),便得到期望设计的系统函数Ha(s):根据技术指标Ωp、p、Ωs、s,用式求出滤波器的阶数N。根据阶数N直接查表得到归一化极点pk和归一化低通原型系统函数Ga(p)。(3)将Ga(p)去归一化。将p=s/Ωc代入Ga(p),得到实际的滤波器系统函数Ωc可以按照下面二式求出:利用模拟滤波器的理论及其设计方法来设计IIR数字低通滤波器的设计过程:(1)按照数字滤波器技术指标要求设计一个过渡模拟低通滤波器Ha(s);(2)按照一定的转换关系将Ha(s)转换成数字低通滤波器的系统函数H(z)。设计的关键问题:找到将s平面上的Ha(s)转换成z平面上的H(z)的转换关系图6.4.1双线性变换法的映射关系双线性变换法的缺点:ω与Ω之间的非线性关系,使数字滤波器频响曲线不能保真地模仿模拟滤波器频响的曲线形状。这种非线性影响的实质问题是:如果Ω的刻度是均匀的,则其映像ω的刻度不是均匀的,而是随ω增加愈来愈密。利用模拟滤波器设计IIR数字低通滤波器的步骤:(1)确定数字低通滤波器的技术指标:通带边界频率ωp、通带最大衰减p阻带截止频率ωS、阻带最小衰减S(2)将数字低通滤波器的技术指标转换成模拟低通滤波器的技术指标,边界频率ωp和ωS转换,p和S指标不变。如果采用脉冲响应不变法,边界频率的转换关系为:6.数字高通、带通和带阻滤波器的设计