基于Simulink的数字滤波器的设计

数字滤波器的设计是数字信号处理技术的一个核心问题,除了众多的滤波器设计函数之外,Signal Processing Toolbox还提供一个带交互式界面的滤波器设计工具—FDATool。用户可以通过对话框的方式给出滤波器设计要求,然后使用FDATool对滤波器进行直接设计。对于设计完成的滤波器,在FDATool中可以对其进行分析,绘制幅频曲线、相位响应、零极点图等,并且将设计结果保存到工作空间中,同时,也可将其保存为mat文件、文本文件,或者直接生成C语言的头文件等。

Simulink内启动方式:

Signal ProcessingBlockset->Filtering->Filter Designs->Digital Filter Design。将模块拖入,然后双击便会出现FDATool设置界面。总体来说,这个工具应该是直观易用的,应该在掌握基础知识的基础上,配合帮助文档,才能很快的熟悉该工具。

FDATool工具的主界面(已配置好参数)如下所示:



现设计一带通Butterworth滤波器,滤除输入信号源为100Hz正弦波和一个随机噪声信号中的随机噪声。具体步骤如下:

1、打开FDATool的滤波器设计及分析界面,如上图所示。

2、在滤波器设计参数指定区域中,将滤波器(Filter Type)设置为带通(Bandpass);设计方法(Design Method)设置为IIR类中的Butterworth滤波器;滤波器阶数设置为2阶。

3、指定所需设计的滤波器的频率参数。首先,需要给出频率单位(Units),可以是模拟频率(包括Hz、kHz、MHz、GHz几种单位),采用这种方式给出频率指标需要给出采样频率Fs,本例中为2000Hz。

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4、最后,需要指定滤波器允许的通带;

5、在完成以上设置后,点击Design Filter,将在FDATool界面上的“Magnitude Response”区域以图形的方式清楚的显示出用户所要求的滤波器的理想频响的性状,每个设计指标也在图中进行了清楚的标注。

6,设计一个包含100Hz正弦波和一个随机噪声的输入信号的simulink仿真模型,使用设计好的滤波器模块滤除其中一个输入信号,并用示波器观察滤波效果。

7、设置正弦波参数如下:幅度1,频率100Hz,采样时间1/2000秒,一帧256个采样值。

8、设置随机噪声信号参数如下:采样时间1/2000秒,一帧256个采样值。其余保持默认值。

9、设置向量示波器参数如下:勾选Display Properties下的Channel legend。

Simulink建模如下:

运行后观察示波器,得到下图结果,可以发现该滤波器较好的滤除了正弦信号中混杂的噪声。




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