1、MATLAB中用FDATool設(shè)計(jì)濾波器及使用該文章講述了MATLAB中用FDATool設(shè)計(jì)濾波器及使用. 1. 在Matlab中鍵入fdatool運(yùn)行Filter Design and Analysis Tool。具體使用請(qǐng)參見(jiàn)Matlab Help中的Signal Processing Toolbox-FDATool。2. 在fdatool工具中應(yīng)該注意的幾個(gè)問(wèn)題：(a)Fstop（阻帶截止頻率）不能大于或等于采樣頻率Fs/2，這是由于數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)的方式?jīng)Q定的。(b)將設(shè)計(jì)好的濾波器導(dǎo)出，可以采用兩種方式Export the filter either as filter coeffic

2、ients variables or as a dfilt or mfilt filter object variable。(詳細(xì)說(shuō)明參見(jiàn)Matlab Help中的Signal Processing Toolbox- FDATool- Exporting a Filter Design。導(dǎo)出：File-Export彈出EXPORT對(duì)話(huà)框，選擇“Export As”為“Objects”，“Varable Names”可以更改，默認(rèn)為Hd。3. (a)如果導(dǎo)出的是dfilt or mfilt filter object variable，則可以用b, a = tf(Hd)將dfilt filter

3、 object轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)移函數(shù)形式，然后用 d=filter(b,a,x); 使用這個(gè)濾波器。其中：filter是默認(rèn)函數(shù)，b、a是剛剛設(shè)計(jì)的傳遞函數(shù)參數(shù)，x是原始采集信號(hào)，d為濾波后的信號(hào)。 x=importdata(E:matlab_workxybbO6.txt);N=length(x); %取長(zhǎng)度f(wàn)s=4000; %采樣頻率t=(0:N-1)/fs; 輸出Hd；b,a=tf(Hd);%得到傳遞函數(shù)d=filter(b,a,x); subplot(311); plot(t,x); title(原始信號(hào));xlabel(t);ylabel(y); grid on;基于 fdatool工具的數(shù)字

4、濾波器的matlab設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器的matlab設(shè)計(jì)1.1 fdatool界面設(shè)計(jì)1.1.1 fdatool的介紹fdatool（filter design & analysis tool）是matlab信號(hào)處理工具箱里專(zhuān)用的濾波器設(shè)計(jì)分析工具，matlab6.0以上的版本還專(zhuān)門(mén)增加了濾波器設(shè)計(jì)工具箱（filter design toolbox）。fdatool可以設(shè)計(jì)幾乎所有的基本的常規(guī)濾波器，包括fir和iir的各種設(shè)計(jì)方法。它操作簡(jiǎn)單，方便靈活。fdatool界面總共分兩大部分，一部分是design filter，在界面的下半部，用來(lái)設(shè)置濾波器的設(shè)計(jì)參數(shù)，另一部分則是特性區(qū)，在界面的上半

5、部分，用來(lái)顯示濾波器的各種特性。design filter部分主要分為：filter type（濾波器類(lèi)型）選項(xiàng)，包括lowpass（低通）、highpass（高通）、bandpass（帶通）、bandstop（帶阻）和特殊的fir濾波器。design method（設(shè)計(jì)方法）選項(xiàng)，包括iir濾波器的butterworth（巴特沃思）法、chebyshev type i（切比雪夫i型）法、 chebyshev type ii（切比雪夫ii型）法、elliptic（橢圓濾波器）法和fir濾波器的equiripple法、least-squares（最小乘方）法、window（窗函數(shù)）法。filte

6、r order（濾波器階數(shù)）選項(xiàng)，定義濾波器的階數(shù)，包括specify order（指定階數(shù)）和minimum order（最小階數(shù)）。在specify order中填入所要設(shè)計(jì)的濾波器的階數(shù)（n階濾波器，specify ordern-1），如果選擇minimum order則matlab根據(jù)所選擇的濾波器類(lèi)型自動(dòng)使用最小階數(shù)。frenquency specifications選項(xiàng)，可以詳細(xì)定義頻帶的各參數(shù)，包括采樣頻率fs和頻帶的截止頻率。它的具體選項(xiàng)由filter type選項(xiàng)和design method選項(xiàng)決定，例如bandpass（帶通）濾波器需要定義fstop1（下阻帶截止頻率）、f

7、pass1（通帶下限截止頻率）、fpass2（通帶上限截止頻率）、fstop2（上阻帶截止頻率），而lowpass（低通）濾波器只需要定義fstop1、fpass1。采用窗函數(shù)設(shè)計(jì)濾波器時(shí)，由于過(guò)渡帶是由窗函數(shù)的類(lèi)型和階數(shù)所決定的，所以只需要定義通帶截止頻率，而不必定義阻帶參數(shù)。magnitude specifications選項(xiàng)，可以定義幅值衰減的情況。例如設(shè)計(jì)帶通濾波器時(shí)，可以定義wstop1（頻率fstop1處的幅值衰減）、wpass（通帶范圍內(nèi)的幅值衰減）、wstop2（頻率fstop2處的幅值衰減）。當(dāng)采用窗函數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)，通帶截止頻率處的幅值衰減固定為6db，所以不必定義。window

8、 specifications選項(xiàng)，當(dāng)選取采用窗函數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)，該選項(xiàng)可定義，它包含了各種窗函數(shù)。1.1.2帶通濾波器設(shè)計(jì)實(shí)例本文將以一個(gè)fir 濾波器的設(shè)計(jì)為例來(lái)說(shuō)明如何使用matlab設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器：在小電流接地系統(tǒng)中注入83.3hz的正弦信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行跟蹤分析，要求設(shè)計(jì)一帶通數(shù)字濾波器，濾除工頻及整次諧波，以便在非常復(fù)雜的信號(hào)中分離出該注入信號(hào)。參數(shù)要求：96階fir數(shù)字濾波器，采樣頻率1000hz，采用hamming窗函數(shù)設(shè)計(jì)。本例中，首先在filter type中選擇bandpass（帶通濾波器）；在design method選項(xiàng)中選擇fir window（fir濾波器窗函數(shù)法），接著在

9、window specifications選項(xiàng)中選取hamming；指定filter order項(xiàng)中的specify order95；由于采用窗函數(shù)法設(shè)計(jì)，只要給出通帶下限截止頻率fc1和通帶上限截止頻率fc2，選取fc170hz，fc284hz。設(shè)置完以后點(diǎn)擊design filter即可得到所設(shè)計(jì)的fir濾波器。通過(guò)菜單選項(xiàng)analysis可以在特性區(qū)看到所設(shè)計(jì)濾波器的幅頻響應(yīng)、相頻響應(yīng)、零極點(diǎn)配置和濾波器系數(shù)等各種特性。設(shè)計(jì)完成后將結(jié)果保存為1.fda文件。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以對(duì)比濾波器幅頻相頻特性和設(shè)計(jì)要求，隨時(shí)調(diào)整參數(shù)和濾波器類(lèi)型，以便得到最佳效果。其它類(lèi)型的fir濾波器和iir濾波器

10、也都可以使用fdatool來(lái)設(shè)計(jì)。圖1 濾波器幅頻和相頻響應(yīng)（特性區(qū)） fig.1 magnitude response and phase response of the filter1.2 程序設(shè)計(jì)法在matlab中，對(duì)各種濾波器的設(shè)計(jì)都有相應(yīng)的計(jì)算振幅響應(yīng)的函數(shù)【3】，可以用來(lái)做濾波器的程序設(shè)計(jì)。上例的帶通濾波器可以用程序設(shè)計(jì)：c=95; 定義濾波器階數(shù)96階w1=2*pi*fc1/fs;w2=2*pi*fc2/fs; %參數(shù)轉(zhuǎn)換，將模擬濾波器的技術(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)換為數(shù)字濾波器的技術(shù)指標(biāo)window=hamming(c+1); %使用hamming窗函數(shù)h=fir1(c,w1/pi w2/pi,

11、window); 使用標(biāo)準(zhǔn)響應(yīng)的加窗設(shè)計(jì)函數(shù)fir1freqz(h,1,512); 數(shù)字濾波器頻率響應(yīng)在matlab環(huán)境下運(yùn)行該程序即可得到濾波器幅頻相頻響應(yīng)曲線(xiàn)和濾波器系數(shù)h。篇幅所限，這里不再將源程序詳細(xì)列出。2 simulink仿真本文通過(guò)調(diào)用simulink中的功能模塊構(gòu)成數(shù)字濾波器的仿真框圖，在仿真過(guò)程中，可以雙擊各功能模塊，隨時(shí)改變參數(shù)，獲得不同狀態(tài)下的仿真結(jié)果。例如構(gòu)造以基波為主的原始信號(hào)，通過(guò)simulink環(huán)境下的digital filter design（數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)）模塊導(dǎo)入2.1.2中fdatool所設(shè)計(jì)的濾波器文件1.fda。仿真圖和濾波效果圖如圖2所示。圖2 simulink仿真圖及濾波效果圖fig.2