濾波電路范文第1篇
無源濾波器：這種電路主要有無源元件R、L和C組成。
有源濾波器：集成運放和R、C組成，具有不用電感、體積小、重量輕等優點。集成運放的開環電壓增益和輸入阻抗均很高，輸出電阻小，構成有源濾波電路后還具有一定的電壓放大和緩沖作用。但集成運放帶寬有限，所以目前的有源濾波電路的工作頻率難以做得很高。
無源濾波裝置
該裝置由電容器、電抗器，有時還包括電阻器等無源元件組成，以對某次諧波或其以上次諧波形成低阻抗通路，以達到抑制高次諧波的作用;由于SVC的調節范圍要由感性區擴大到容性區，所以濾波器與動態控制的電抗器一起并聯，這樣既滿足無功補償、改善功率因數，又能消除高次諧波的影響。
國際上廣泛使用的濾波器種類有：各階次單調諧濾波器、雙調諧濾波器、二階寬頗帶與三階寬頻帶高通濾波器等。
1)單調諧濾波器：一階單調諧濾波器的優點是濾波效果好，結構簡單;缺點是電能損耗比較大，但隨著品質因數的提高而減少，同時又隨諧波次數的減少而增加，而電爐正好是低次諧波，主要是2～7次，因此，基波損耗較大。二階單調諧濾波器當品質因數在50以下時，基波損耗可減少20～50%，屬節能型，濾波效果等效。三階單調諧濾波器是損耗最小的濾波器，但組成復雜些，投資也高些，用于電弧爐系統中，2次濾波器選用三階濾波器為好，其它次選用二階單調諧濾波器。
2)高通(寬頻帶)濾波器，一般用于某次及以上次的諧波抑制。當在電弧爐等非線性負荷系統中采用時，對5次以上起濾波作用時，通過參數調整，可形成該濾波器回路對5次及以上次諧波的低阻抗通路。
有源濾波器
雖然無源濾波器具有投資少、效率高、結構簡單及維護方便等優點，在現階段廣泛用于配電網中，但由于濾波器特性受系統參數影響大，只能消除特定的幾次諧波，而對某些次諧波會產生放大作用，甚至諧振現象等因素，隨著電力電子技術的發展，人們將濾波研究方向逐步轉向有源濾波器(Active PowerFliter，縮寫為APF)。
APF即利用可控的功率半導體器件向電網注入與諧波源電流幅值相等、相位相反的電流，使電源的總諧波電流為零，達到實時補償諧波電流的目的。它與無源濾波器相比，有以下特點：
a.不僅能補償各次諧波，還可抑制閃變，補償無功，有一機多能的特點，在性價比上較為合理;
濾波電路范文第2篇
課程設計題目：數字Butterworth濾波器的設計
初始條件：
1. Matlab6.5以上版本軟件;
2. 課程設計輔導資料：“Matlab語言基礎及使用入門”、“信號與系統”、“數字信號處理原理與實現”、
“Matlab及在電子信息課程中的應用”等;
3. 先修課程：信號與系統、數字信號處理、Matlab應用實踐及信號處理類課程等。
要求完成的主要任務：(包括課程設計工作量及其技術要求，以及說明書撰寫等具體要求)
1. 課程設計時間：1周;
2. 課程設計內容：數字Butterworth濾波器的設計，具體包括：基本Butterworth濾波器的設計，數字
高通、帶通濾波器的設計，沖激響應不變法和雙線性變換法的應用等;
3. 本課程設計統一技術要求：研讀輔導資料對應章節，對選定的設計題目進行理論分析，針對具體設
計部分的原理分析、建模、必要的推導和可行性分析，畫出程序設計框圖，編寫程序代碼(含注釋)，上機調試運行程序，記錄實驗結果(含計算結果和圖表)，并對實驗結果進行分析和總結，按要求進行實驗演示和答辯等;
4. 課程設計說明書按學校“課程設計工作規范”中的“統一書寫格式”撰寫，具體包括：
① 目錄;
② 與設計題目相關的理論分析、歸納和總結;
③ 與設計內容相關的原理分析、建模、推導、可行性分析;
④ 程序設計框圖、程序代碼(含注釋)、程序運行結果和圖表、實驗結果分析和總結;
⑤ 課程設計的心得體會(至少500字);
⑥ 參考文獻;
⑦ 其它必要內容等。
時間安排： 1周(第18周)
附——具體設計內容：
1. 低通巴特沃斯模擬濾波器設計。設計一個低通巴特沃斯模擬濾波器：指標如下：
通帶截止頻率：fp=3400HZ, 通帶最大衰減：Rp=3dB
阻帶截至頻率：fs=4000HZ，阻帶最小衰減：AS=40dB
Ha(s)?1000 S?1000 2. 模擬低通轉換為數字低通濾波器已知一模擬濾波器的系數函數為
分別用沖激響應不變法和雙線性變換法將Ha(s)轉換成數字濾波器系統函數H(z)，并圖示Ha(s)和 H(z)的幅度相應曲線。分別取采樣頻率Fs=1000Hz和Fs=500Hz，分析沖激響應法中存在的頻率混疊失真和雙線性變換法存在的非線性頻率失真等。
3.設計一個10階的Butterworth濾波器，通帶為100～250Hz，采樣頻率為1000Hz，繪出濾波器的單位脈沖響應。
濾波電路范文第3篇
專業課程設計任務書
學生姓名
xx
專業班級
電信
學號
xxxx
題
目
用雙線性變換法設計原型低通為巴特沃茲型的數字IIR高通濾波器
課題性質
其它
課題來源
自擬課題
指導教師
xxx
同組姓名
xxxx
主要內容
用雙線性變換法設計原型低通為巴特沃茲型的數字IIR高通濾波器，要求通帶邊界頻率為500Hz，阻帶邊界頻率分別為400Hz，通帶最大衰減1dB，阻帶最小衰減40dB，抽樣頻率為2000Hz，用MATLAB畫出幅頻特性，畫出并分析濾波器傳輸函數的零極點;
信號經過該濾波器，其中300Hz，600Hz，濾波器的輸出是什么?用Matlab驗證你的結論并給出的圖形。
任務要求
1、掌握用雙線性變換法設計原型低通為巴特沃茲型的數字IIR高通濾波器的原理和設計方法。
2、求出所設計濾波器的Z變換。
3、用MATLAB畫出幅頻特性圖。
4、驗證所設計的濾波器。
參考文獻
1、程佩青著，《數字信號處理教程》，清華大學出版社，2001
2、Sanjit
K.
Mitra著，孫洪，余翔宇譯，《數字信號處理實驗指導書(MATLAB版)》，電子工業出版社，2005年1月
3、郭仕劍等，《MATLAB
7.x數字信號處理》，人民郵電出版社，2006年
4、胡廣書，《數字信號處理
理論算法與實現》，清華大學出版社，2003年
審查意見
指導教師簽字：
教研室主任簽字：
年
月
日
說明：本表由指導教師填寫，由教研室主任審核后下達給選題學生，裝訂在設計(論文)首頁
1
需求分析
當今，數字信號處理(DSP：Digtal
Signal
Processing)技術正飛速發展，它不但自成一門學科，更是以不同形式影響和滲透到其他學科：它與國民經濟息息相關，與國防建設緊密相連;它影響或改變著我們的生產、生活方式，因此受到人們普遍的關注。
數字化、智能化和網絡化是當代信息技術發展的大趨勢，而數字化是智能化和網絡化的基礎，實際生活中遇到的信號多種多樣，例如廣播信號、電視信號、雷達信號、通信信號、導航信號、射電天文信號、生物醫學信號、控制信號、氣象信號、地震勘探信號、機械振動信號、遙感遙測信號，等等。上述這些信號大部分是模擬信號，也有小部分是數字信號。模擬信號是自變量的連續函數，自變量可以是一維的，也可以是二維或多維的。大多數情況下一維模擬信號的自變量是時間，經過時間上的離散化(采樣)和幅度上的離散化(量化)，這類模擬信號便成為一維數字信號。因此，數字信號實際上是用數字序列表示的信號，語音信號經采樣和量化后，得到的數字信號是一個一維離散時間序列;而圖像信號經采樣和量化后，得到的數字信號是一個二維離散空間序列。數字信號處理，就是用數值計算的方法對數字序列進行各種處理，把信號變換成符合需要的某種形式。例如，對數字信號經行濾波以限制他的頻帶或濾除噪音和干擾，或將他們與其他信號進行分離;對信號進行頻譜分析或功率譜分析以了解信號的頻譜組成，進而對信號進行識別;對信號進行某種變換，使之更適合于傳輸，存儲和應用;對信號進行編碼以達到數據壓縮的目的，等等。
數字濾波技術是數字信號分析、處理技術的重要分支[2-3]。無論是信號的獲取、傳輸，還是信號的處理和交換都離不開濾波技術，它對信號安全可靠和有效靈活地傳輸是至關重要的。在所有的電子系統中，使用最多技術最復雜的要算數字濾波器了。數字濾波器的優劣直接決定產品的優劣。
本次課程設計的內容為用雙線性變換法設計原型低通為巴特沃茲型的數字IIR高通濾波器，要求通帶邊界頻率為500Hz，阻帶邊界頻率分別為400Hz，通帶最大衰減1dB，阻帶最小衰減40dB，抽樣頻率為2000Hz，用MATLAB畫出幅頻特性，畫出并分析濾波器傳輸函數的零極點;
信號經過該濾波器，其中300Hz，
600Hz，濾波器的輸出是什么?用Matlab驗證你的結論并給出的圖形。
2
概要設計：
2.
1
數字濾波器介紹
數字濾波器是具有一定傳輸選擇特性的數字信號處理裝置,其輸入、輸出均為數字信號,實質上是一個由有限精度算法實現的線性時不變離散系統。它的基本工作原理是利用離散系統特性對系統輸入信號進行加工和變換,改變輸入序列的頻譜或信號波形,讓有用頻率的信號分量通過,抑制無用的信號分量輸出。數字濾波器和模擬濾波器有著相同的濾波概念,根據其頻率響應特性可分為低通、高通、帶通、帶阻等類型,與模擬濾波器相比,數字濾波器除了具有數字信號處理的固有優點外,還有濾波精度高(與系統字長有關)、穩定性好(僅運行在0與l兩個電平狀態)、靈活性強等優點。
時域離散系統的頻域特性:,其中、分別是數字濾波器的輸出序列和輸入序列的頻域特性(或稱為頻譜特性),是數字濾波器的單位取樣響應的頻譜，又稱為數字濾波器的頻域響應。輸入序列的頻譜經過濾波后,因此，只要按照輸入信號頻譜的特點和處理信號的目的，
適當選擇，使得濾波后的滿足設計的要求，這就是數字濾波器的濾波原理。
2.
2
IIR數字濾波器的設計方法
IIR數字濾波器的基本結構
一個數字濾波器可以用系統函數表示為：
(2-1)
由這樣的系統函數可以得到表示系統輸入與輸出關系的常系數線形差分程為：
(2-2)
可見數字濾波器的功能就是把輸入序列x(n)通過一定的運算變換成輸出序列y(n)。不同的運算處理方法決定了濾波器實現結構的不同。無限沖激響應濾波器的單位抽樣響應h(n)是無限長的，其差分方程如(2-2)式所示，是遞歸式的，即結構上存在著輸出信號到輸入信號的反饋，其系統函數具有(2-1)式的形式，因此在z平面的有限區間(0<︱z︱<∞)有極點存在。
前面已經說明，對于一個給定的線形時不變系統的系統函數，有著各種不同的等效差分方程或網絡結構。由于乘法是一種耗時運算，而每個延遲單元都要有一個存儲寄存器，因此采用最少常熟乘法器和最少延遲支路的網絡結構是通常的選擇，以便提高運算速度和減少存儲器。然而，當需要考慮有限寄存器長度的影響時，往往也采用并非最少乘法器和延遲單元的結構。
IIR濾波器實現的基本結構有：
(1)IIR濾波器的直接型結構;
優點：延遲線減少一半，變為N
個，可節省寄存器或存儲單元;
缺點：其它缺點同直接I型。
通常在實際中很少采用上述兩種結構實現高階系統，而是把高階變成一系列不同組合的低階系統(一、二階)來實現。
(2)IIR濾波器的級聯型結構;
特點：系統實現簡單，只需一個二階節系統通過改變輸入系數即可完成;
·
極點位置可單獨調整;
·
運算速度快(可并行進行);
·
各二階網絡的誤差互不影響，總的誤差小，對字長要求低。
缺點：
不能直接調整零點，因多個二階節的零點并不是整個系統函數的零點，當需要準確的傳輸零點時，級聯型最合適。
(3)IIR濾波器的并聯型結構。
優點：
·
簡化實現，用一個二階節，通過變換系數就可實現整個系統;
·
極、零點可單獨控制、調整，調整α1i、α2i只單獨調整了第i對零點，調整β1i、β2i則單獨調整了第i對極點;
·
各二階節零、極點的搭配可互換位置，優化組合以減小運算誤差;
·
可流水線操作。
缺點：
·
二階階電平難控制，電平大易導致溢出，電平小則使信噪比減小。
a、直接型
b、并聯型
c、串聯型
2.
3
巴特沃茲濾波器
(Butterworth
濾波器)
特點：具有通帶內最大平坦的振幅特性，且隨f↗，幅頻特性單調↘。
其幅度平方函數：
N為濾波器階數，如圖1
圖1、
巴特沃斯濾波器振幅平方特性
通帶：
使信號通過的頻帶
阻帶：抑制噪聲通過的頻帶
過渡帶：通帶到阻帶間過渡的頻率范圍
Ωc
：截止頻率。
過渡帶為零
理想濾波器
阻帶|H(jΩ
)|=0
通帶內幅度|H(jΩ)|=cons.
H(jΩ)的相位是線性的
圖3-1中，N增加，通帶和阻帶的近似性越好，過渡帶越陡。
通帶內，分母Ω/Ωc<1,
(
Ω/Ωc)2N<1，A(Ω2)→1。
過渡帶和阻帶，Ω/Ωc>1，
(
Ω/Ωc)2N>1,
Ω增加，
A(Ω2)
快速減小。
Ω=Ωc,
,,幅度衰減，相當于3db衰減點。
振幅平方函數的極點
可見，Butter
worth濾波器
的振幅平方函數有2N個極點，它們均勻對稱地分布在|S|=Ωc的圓周上。
考慮到系統的穩定性，知DF的系統函數是由S平面左半部分的極點(SP3，SP4，SP5)組成的，它們分別為：
系統函數為
令
，得歸一化的三階BF：
如果要還原的話，則有
2.
4
雙線性變法法
目的：將模擬帶通濾波器轉換成數字高通濾波器
為了克服沖激響應法可能產生的頻率響應的混疊失真，這是因為從S平面到Z平面是多值的映射關系所造成的。為了克服這一缺點，可以采用非線性頻率壓縮方法，將整個頻率軸上的頻率范圍壓縮到-π/T～π/T之間，再用z=esT轉換到Z平面上。也就是說，第一步先將整個S平面壓縮映射到S1平面的-π/T～π/T一條橫帶里;第二步再通過標準變換關系z=es1T將此橫帶變換到整個Z平面上去。這樣就使S平面與Z平面建立了一一對應的單值關系，消除了多值變換性，也就消除了頻譜混疊現象，映射關系如圖2
圖2雙線性變換的映射關系
為了將S平面的整個虛軸jΩ壓縮到S1平面jΩ1軸上的-π/T到π/T段上，可以通過以下的正切變換實現
式中,T仍是采樣間隔。
當Ω1由-π/T經過0變化到π/T時，Ω由-∞經過0變化到+∞，也即映射了整個jΩ軸。將式寫成
將此關系解析延拓到整個S平面和S1平面，令jΩ=s，jΩ1=s1，則得
再將S1平面通過以下標準變換關系映射到Z平面
z=es1T
從而得到S平面和Z平面的單值映射關系為：
首先,把z=ejω，可得
即S平面的虛軸映射到Z平面的單位圓。
其次，將s=σ+jΩ代入式，得
因此
由此看出，當σ<0時，|z|<1;當σ>0時，|z|>1。也就是說，S平面的左半平面映射到Z平面的單位圓內，S平面的右半平面映射到Z平面的單位圓外，S平面的虛軸映射到Z平面的單位圓上。因此，穩定的模擬濾波器經雙線性變換后所得的數字濾波器也一定是穩定的。
雙線性變換法優缺點：雙線性變換法與脈沖響應不變法相比，其主要的優點是避免了頻率響應的混疊現象。這是因為S平面與Z平面是單值的一一對應關系。S平面整個jΩ軸單值地對應于Z平面單位圓一周，即頻率軸是單值變換關系。這個關系如式所示，重寫如下：
上式表明，S平面上Ω與Z平面的ω成非線性的正切關系
由圖3看出，在零頻率附近，模擬角頻率Ω與數字頻率ω之間的變換關系接近于線性關系;但當Ω進一步增加時，ω增長得越來越慢，最后當Ω→∞時，ω終止在折疊頻率ω=π處，因而雙線性變換就不會出現由于高頻部分超過折疊頻率而混淆到低頻部分去的現象，從而消除了頻率混疊現象。
圖3雙線性變換法的頻率變換關系
但是雙線性變換的這個特點是靠頻率的嚴重非線性關系而得到的，如式(及圖4所示。由于這種頻率之間的非線性變換關系，就產生了新的問題。首先，一個線性相位的模擬濾波器經雙線性變換后得到非線性相位的數字濾波器，不再保持原有的線性相位了;其次，這種非線性關系要求模擬濾波器的幅頻響應必須是分段常數型的，即某一頻率段的幅頻響應近似等于某一常數(這正是一般典型的低通、高通、帶通、帶阻型濾波器的響應特性)，不然變換所產生的數字濾波器幅頻響應相對于原模擬濾波器的幅頻響應會有畸變，如圖5所示。
圖5雙線性變換法幅度和相位特性的非線性映射
對于分段常數的濾波器，雙線性變換后，仍得到幅頻特性為分段常數的濾波器，但是各個分段邊緣的臨界頻率點產生了畸變，這種頻率的畸變，可以通過頻率的預畸來加以校正。也就是將臨界模擬頻率事先加以畸變，然后經變換后正好映射到所需要的數字頻率上。
2.
5
設計步驟
根據以上FIR數字濾波器設計方法，下面運用雙線性變換法基于MATLAB設計一個FIR高通濾波器，其中通帶邊界頻率為500Hz，阻帶邊界頻率分別為400Hz，通帶最大衰減1dB，阻帶最小衰減40dB，抽樣頻率為2000Hz
(1)確定性能指標
在設計高通濾波器之前,首先根據工程實際的需要確定濾波器的技術指標:
(2)頻率預畸變
用Ω=2/T*tan(w/2)對高通數字濾波器H(z)的數字邊界頻率預畸變,得到高通模擬濾波器H(s)的邊界頻率主要是通帶截止頻率Wp1;阻帶截止頻率Ws1，的轉換。
(3)模擬高通性能指標轉換成模擬低通性能指標
WP=1;
%歸一化處理
WS=WP*
Wp1/
Ws1;
(4)模擬低通濾波器的構造
借助巴特沃茲濾波器得到模擬低通濾波器的傳輸函數。
(5)模擬低通濾波器轉換成模擬高通濾波器
調用lp2bp函數將模擬低通濾波器轉化為模擬高通濾波器。
(6)模擬高通濾波器轉換成數字高通濾波器
利用雙線性變換法將模擬高通濾波器Ha(s)轉換成數字高通濾波器H(z)。
(7)輸入信號檢驗濾波器性能
輸入不同頻率的正弦波，觀察輸出波形，檢驗濾波器性能。
2.
6
程序流程圖
開始
↓
讀入數字濾波器技術指標
↓
將指標轉換成歸一化模擬低通濾波器的指標
↓
↓
模擬域頻率變換，將G(P)變換成模擬高通濾波器H(s)
↓
用雙線性變換法將H(s)轉換成數字高通濾波器H(z)
↓
輸入信號后顯示相關結果
結束
2.
7
問題分析
(1)
在設計高通濾波器時，首先要將數據進行歸一化這樣可以提高設計的準確性。
(2)
在設計信號的輸入時，課程中的數據f2如果是600HZ時，則復合信號通過濾波器時無法輸出正常的信號X2，這說明頻率太低，而被全被濾除，在將頻率改至3000HZ之后則能輸出符合設計要求的信號。
(3)
信號通過濾波器后輸出的信號與x2的信號開始部分有點失真，這時因為信號并不是非常理想的通過濾波器的，在通過濾波器時受到濾波器的影響是從不穩定逐漸趨向穩定的。
3
運行環境
Windows
xp
4
開發工具和編程語言
Matlab
6.5
5
詳細設計
clc;clear
all
Rp
=
1;
%
通帶衰減/dB
Rs
=
40;
%阻帶衰減/dB
OmegaP1_1=500;
%
通帶邊界頻率
OmegaS1_1=400;
%
阻帶邊界頻率
Fp=2000;
%
抽樣頻率
Wp1=2*pi*OmegaP1_1/Fp;
%
通帶頻率模數轉換
Ws1=2*pi*OmegaS1_1/Fp;
%
阻帶頻率模數轉換
OmegaP1=tan(Wp1/2);
%
通帶頻率非線性變換
OmegaS1=tan(Ws1/2);
%
阻帶頻率非線性變換
Eta_P=OmegaP1/OmegaP1;
%歸一化
Eta_S=OmegaS1/OmegaP1;
%歸一化
Lemta_P_EquivalentLowPass=1/Eta_P;
Lemta_S_EquivalentLowPass=1/Eta_S;
%
估計濾波器階數
[N,
Wn]
=
buttord(Lemta_P_EquivalentLowPass,
Lemta_S_EquivalentLowPass,
Rp,
Rs,'s');
%設計濾波器
[num1,den1]
=
butter(N,Wn,'s');
[num2,den2]=lp2hp(num1,den1,OmegaP1);
[num,den]=bilinear(num2,den2,0.5);
[z,p,k]=tf2zp(num,den)
%顯示傳輸函數
disp('分子系數是');disp(num);
disp('分母系數是');disp(den);
%
計算增益響應
w
=
0:pi/255:pi;
h
=
freqz(num,den,w);
g
=
20*log10(abs(h));
%
繪制增益響應
figure;
plot(w/pi,g);grid
%繪制巴特沃茲高通濾波器幅頻特性
axis([0
1
-60
5]);
xlabel('omega
/pi');
ylabel('增益/
dB');
title('巴特沃茲高通濾波器');
figure;
zplane(z,p);%繪制傳輸函數零極點
title('傳輸函數的零極點');
f1=300,f2=3000;
n=0:600;t=n/10000;
x1=sin(2*pi*f1*t);
x2=sin(2*pi*f2*t);
x=x1+x2;
figure;
subplot(2,2,1)%繪制x1的波形
plot(x1);grid
on;
axis([0,50*pi,-3,3]);
xlabel('t');ylabel('x1(t)');
title('x1的波形');
subplot(2,2,2)%繪制x1的波形
plot(x2);grid
on;
axis([0,50*pi,-3,3]);
xlabel('t');ylabel('x2(t)');
title('x2的波形');
subplot(2,2,3)%繪制輸入x的波形
plot(x);grid
on;
axis([0,50*pi,-3,3]);
xlabel('t');ylabel('x(t)');
title('輸入信號x的波形')
y=filter(num,den,x);%數字濾波器輸出
subplot(2,2,4);%繪制輸出y的波形
plot(y);
grid
on;
axis([0,50*pi,-3,3]);
xlabel('t');ylabel('y');
title('濾波器輸出y的波形')
6
調試分析
z
=
1.3186
+
0.0728i
1.3186
-
0.0728i
1.2471
+
0.1915i
1.2471
-
0.1915i
1.1460
+
0.2529i
1.1460
-
0.2529i
1.0478
+
0.2773i
1.0478
-
0.2773i
0.9460
+
0.2698i
0.9460
-
0.2698i
0.8580
+
0.2250i
0.8580
-
0.2250i
0.7968
+
0.1570i
0.7968
-
0.1570i
0.7632
+
0.0792i
0.7632
-
0.0792i
0.7531
p
=
0.0444
+
0.9106i
0.0444
-
0.9106i
0.0381
+
0.7545i
0.0381
-
0.7545i
0.0336
+
0.6187i
0.0336
-
0.6187i
0.0303
+
0.4976i
0.0303
-
0.4976i
0.0279
+
0.3871i
0.0279
-
0.3871i
0.0262
+
0.2843i
0.0262
-
0.2843i
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+
0.1868i
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-
0.1868i
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+
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-
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k
=
7.3789e-005
分子系數是
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1
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-1.7938
1.4350
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18
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1
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6
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-0.0000
f1
=
300
7
測試結果
8
實驗總結
通過此次課程設計我對數字信號處理有了進一步的認識，但是由于自己數字信號處理的理論課程沒有達到很深的了解，對數字濾波器的設計缺少認識，因此在此次課程設計中我還是遇到了很多問題。在加上自己在matlab軟件應用方面存在一些問題，所以比較吃力。因此在設計過程中，我是看了遍數字信號處理的教科書并且特別注重看了關于數字濾波器的設計的內容，再通過利用參考文獻與網絡，完成了用Matlab進行數字信號處理課程設計。
通過課程設計，不僅加深了對理論知識的了解,鞏固了課堂上所學的理論知識,而且還增加了自己的動手能力，并且理解與掌握數字信號處理中的基本概念、基本原理、基本分析方法。與其他高級語言的程序設計相比，MATLAB環境下可以更方便、快捷地設計出具有嚴格線性相位的FIR濾波器，節省大量的編程時間，提高編程效率，且參數的修改也十分方便，還可以進一步進行優化設計。相信隨著版本的不斷提高，MATLAB在數字濾波器技術中必將發揮更大的作用。同時，用MATLAB計算有關數字濾波器的設計參數，如H(z)、h(n)等，對于數字濾波器的硬件實現也提供了一條簡單而準確的途徑和依據。
總之，這次課程設計設計不僅增強了自己的理論知識，加強了自己的動手能力，而且還培養了自己遇到問題之后如何去發現問題、解決問題的能力。此次課程設計對自己在許多方面都有了很大的幫助。最后還要感謝指導老師的辛勤知道和教育!
參考文獻
[1]、程佩青著，《數字信號處理教程》，清華大學出版社，2001
[2]、Sanjit
K.Mitra著，孫洪，余翔宇譯，《數字信號處理實驗指導書(MATLAB版)》，電子工業出版社，2005年1月
[3]、郭仕劍等，《matlab7.x數字信號處理》，人民郵電出版社，2006年
[4]、胡廣書，《數字信號處理理論算法與實現》，清華大學出版社，2003
[5]、Sanjit
濾波電路范文第4篇
一、二維Otsu閾值分割算法
對于一幅比例為的數字圖像, 表示在 (x, y) 處的圖像的像素灰度值, g (x, y) 表示以點 (x, y) 為中心的大小為的鄰域平均灰度值, 定義如下:
其中, 0
其中區域I和III對應于背景和目標, 區域III和IV對應于邊緣和噪聲, 由于III和IV出現的概率近似為零, 因此我們認為區域III、IV出現的概念為零。
我們可以通過定義一個目標與背景類間的類間方差矩陣, 并采用矩陣的秩作為目標和背景類間的距離測度函數, 那么當離散度矩陣的秩取得最大值時, 其所對應的分割閾值就是最優的閾值。但二維Otsu算法對二維直方圖進行劃分時, 忽視了對區域II和IV的處理, 對結果造成一定的影響。
二、中值濾波
中值濾波圖是一種非線性的圖像濾波技術, 其基本原理是把數字圖像或數字序列中一點的值用該點的一個鄰域中各點值的中值代替, 讓周圍的像素值接近真實值, 消除孤立的噪聲點。將圖像的任意像素點的特定長度或形狀的鄰域稱作窗口。中值濾波相較于其他的方法更加簡單, 對圖像的邊界保護得更好, 但在圖像的細節方面表現的不夠好, 在濾波時容易忽略圖像的細節信息, 例如圖像中的線條與紋理。
三、實驗結果與分析
為了驗證本文算法的有效性和可行性, 實驗選取了兩幅噪聲圖像并與一、二維otsu算法進行了比較。實驗環境為Win10OS, 8GB內存, CPUi5-3317U1.7GHZ, MATLAB7.0。結果如下:
據圖可知otsu算法的分割結果中包含有大量的噪聲, 在圖3中, 一維的otsu算法對圖像的分割結果明顯不佳;二維的otsu算法的分割結果甚至已經無法辨認;而本文的算法對圖像的分割比較清晰, 圖像的細節與輪廓比較明顯。
四、結束語
為解決傳統的二維otsu算法對含噪聲較多的圖像分割效果不好的缺陷, 本文提出一種結合中值濾波的二維otsu圖像分割算法。該算法對含噪聲干擾的圖像進行分割時具備更好的抗噪性, 并且相較于傳統的算法具備優秀的分割結果。
摘要：本文提出一種基于中值濾波的otsu改進算法。此算法首先對圖像中的主要噪聲進行中值濾波, 最后運用二維的otsu算法對圖像進行精準分割。實驗結果表明, 該算法在對含噪聲的灰度圖像的分割結果良好且具備良好的抗噪性。
關鍵詞：中值濾波,二維otsu,圖像分割
參考文獻
[1] 陸新泉, 李寧, 陳世福.基于二維閾值化和遺傳算法的圖像分割方法[J].計算機應用與軟件, 2001, 18 (12) :57-59.
濾波電路范文第5篇
在廣播電視發射系統中, 不同頻率的射頻信號均是通過射頻濾波器進行分離的, 射波濾波器將不需要的信號抑制在外, 只讓系統所需的信號通過。濾波器是廣播電視發射系統中不可或缺的重要設備之一。通常在發射機輸出端與天線之間設置輸出濾波器, 以抑制發射機所產生的帶外信號, 從而對輸出信號的頻譜做進一步的規范。濾波器有很多種, 其分類方法也各不相同, 比如由實現選頻功能進行分類, 可以分為低通、高通、帶通以及帶阻和全通等幾種;按照濾波器函數近似方法又可以分為巴特沃斯濾波器、反切比雪夫濾波器以及切比雪夫濾波器和貝塞爾濾波器等幾種;而按照處理輸入模擬信號的方法又可以分為離散時間模擬及連續時間模擬兩種。濾波器的設計思想是按照濾波器的相關指標要求選擇低通原型濾波器和諧振腔數目, 在利用頻率變換得出濾波器的理論模型后, 再結合實際的電路結構實現濾波器。
2 濾波器的典型結構
調頻的發射頻率為50MHz, 為VHF波段, 而電視的發射頻率則為860MHz, 為UHF波段, 二者的發射頻率均相對較高, 如果濾波功能通過集中參數元件來實現, 那么對于器件的損耗會非常大, 設備的功率容量就會受到局限, 并且無法保證穩定的性能。所以通常情況下, 高頻率濾波器均是通過分布電容及分布電感的方式實現的。微波濾波器最常用的兩種實現結構為同軸傳輸線及波導。按照信號頻率通帶范圍可以將濾波器分為低通、高通以及帶通和帶阻幾種, 在廣播電視發射系統中這四種濾波器均會用到, 而這四種中, 帶通濾波器的應用又是最廣泛的。
2.1 低通和高通濾波器
低通濾波器一個非常典型的結構就是高低阻抗傳輸線的交替級聯所組成的糖葫蘆式濾波器, 其電感是采用高阻抗線進行等效串聯的, 而電容則是通過低阻抗線實現等效并聯的。通過對其高低阻抗值和長度的調整就能制造出性能好、結構簡單的低通濾波器。而高通濾波器的一般結構是利用同軸短路短截線進行電感的并聯, 電容的串聯則是在內導體圓盤中鋪墊聚四氟乙烯來實現, 最后構成梯形的高通濾波器。
2.2 帶通和帶阻濾波器
在廣播電視發射系統中, 帶阻濾波器通常用來衰減某些相對特殊的頻率。通常帶阻濾波器采用電容耦合短截線諧振器構成, 其中阻帶中心頻率中短截線的波長近似是1/4諧振器之間的間隔波長同樣近似1/4。
而帶通濾波器是目前在廣播電視發射系統中應用范圍比較廣泛的一種, 可以按照通帶相對的帶寬將其分為窄帶帶通及寬帶帶通兩種。通常窄帶濾波器的相對帶寬不大于20%, 而寬帶濾波器的相對帶寬則不小于40%, 對于廣播電視系統來說, 比較常用窄帶帶通濾波器, 例如頻道濾波器。窄帶帶通濾波器最典型的結構就是級聯式耦合諧振腔結構。帶通濾波器中最主要的部分就是諧振腔, 其在相應的體積內對電磁能量可以起到一定限定作用。濾波器性能的好壞是由諧振腔的好壞而決定的。評價諧振腔性能的主要指標共有兩個, 分別為品質因數及諧振頻率。所謂的諧振頻率是指在諧振回路上電磁能量進行轉換的頻率它的大小受著回路形狀和模式的影響;而諧振回路的損耗直接影響著品質因數, 即Q值, 它所指的是在諧振時廣播電視發射系統中所儲存的磁能或電能和一個周期內系統損耗能量比的二倍。諧振腔中的品質因數越高, 表明其諧振響應曲線就越尖銳。通常來說, 開路諧振腔或者同軸短路的典型無級品質因為大概為幾千, 同軸諧振腔的品質因數要明顯小于波導的品質因數會明顯, 而矩形波導的品質因數又低于圓波導的品質因數。通常圓波導典型無載品質因數大概在20000~40000之間, 而矩形波導典型無載品質因數的值則在10000~20000之間。
比較常用的諧振腔有波導和同軸諧振腔兩種, 其中VHF、UHF以及FM頻段主要采用同軸諧振腔, 常見的同軸諧振腔為一端短路、一端加載的同軸腔。同軸線的內外導體長度、同軸線的特性阻抗議直接影響著腔內的諧振頻率, 腔體的大小由功率容量來決定。而L波段及UHF高端等微波波段主要采用波導腔, 波導腔又有圓柱波導腔及矩形波導腔兩種, 所謂的圓柱波導腔是一個封閉的圓柱金屬筒, 其諧振頻率的高低由腔體實際物理尺寸的大小及腔內電磁場模式來決定。所謂的矩形波導腔是一個長方體金屬合, 同樣的, 腔體實際物理尺寸的大小和腔內電磁場模式決定其諧振波的頻率大小。把數個諧振頻率一樣的諧振腔按照一定的輻合方式級進行聯接, 就組成了傳統帶通濾波器, 對其輸入輸出端和各諧振腔間的耦合做相應調整, 就能滿足帶通濾波器的相關性能要求。諧振腔間的耦合方式主要包括磁耦合、電耦合以及電耦合成磁耦合, 輻合環的位置、大小以及方向, 探針的位置、深度和粗細以及耦合縫的位置等參量決定了耦合量的大小。級聯式耦合帶通濾波器最大的優勢就是技術相對成熟, 并且調試的過程相對簡便, 對于腔體的排列方式基本沒有特殊的要求, 帶外衰減曲線不會出現波紋起伏。
3 輸入模擬信號的處理方式
3.1 離散時間模擬濾波器
離散時間模擬濾波器最典型的代表即為開關電容濾波器, 時鐘頻率以及電容比例決定其濾波性能, 它的特征頻率精度非常高, 通?？梢赃_到±0.1%以下。經過開關電容濾波器所處理的電壓信號沒有被量化, 保持連續, 但是因為采樣是在其時域范圍內進行的, 所以采樣頻率要比輸入信號頻率至少大兩倍以上才可以消除混疊。其實離散時間模擬濾波器的實現一般都會采用過采樣技術, 所謂過采樣即樣的頻率要大于輸入信號最大頻率兩倍以上, 使得消除混疊濾波器的要求降低, 因此需要高帶寬放大器與高速時鐘互相配合, 所以只能在處理比較低頻率時才會采用離散時間濾波器。
3.2 連續時間模擬濾波器
連續的模擬信號可以采用連續時間模擬濾波器進行直接處理, 無需對輸入模擬信號做采樣, 因此不用平滑濾波器以及抗混疊濾波器就能夠實現較好的動態范圍及較高頻率的濾波。不過連續時間摸擬濾波器也存在一定的缺點, 因為它的跨導和電容的商以及電阻和電容的積決定其特征頻率, 但是電阻電容以及跨導又受到比較大的工藝及溫度的變化影響, 從而影響到連續時間模擬濾波器特征頻率的精確度, 其精度通常在±20%~±30%之間。由此可以看出, 連讀時間濾波器如果應用于帶寬精度要求較高的場合中, 需要引入相應的校正技術才可以保證鄰道抑制能力及抗混疊能力, 例如加入調諧電容, 可以利用自適應頻率調整電中對濾波器的頻率特做出調整。
摘要：在廣播電視發射系統中, 射頻濾波器的作用是將各種頻率不同的射頻信號進行分離, 將不需要的信號抑制在外, 只讓廣播電視發射系統需要的信號通過。因此, 在廣播電視發射系統中, 濾波器是必備的設備之一。本文就針對濾波器的設計展開討論。
關鍵詞：廣播電視發射系統,濾波器
參考文獻
[1] 張欣.廣播電視發射系統中濾波器的設計[J].硅谷, 2008 (2) .