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1、MATLAB中用FDATool设计滤波器及使用该文章讲述了 MATLAB中用FDATool设计滤波器及使用.1. 在 Matlab 中键入 fdatool 运行 Filter Design and Analysis Tool。具 体使用请参见 Mat lab Help 中的 Signal Processing Toolbox-FDATool。2. 在fdatool工具中应该注意的几个问题：(a)Fstop (阻带截止频率)不能 大于或等于采样频率Fs/2，这是由于数字滤波器设计的方式决定的。(b)将设计 好的滤波器导出，可以采用两种方式 Export the filter either as
2、filter coefficients variables or as a dfilt or mfilt filter object variable。 (详细说明参见 Matlab Help 中的 Signal Processing Toolbox- FDATool- Exporting a Filter Design。导出：File-Export 弹出 EXPORT 对话框，选择“ Export As” 为 “Objects”， “Varable Names”可以更改，默认为Hd。3. (a)如果导出的是 dfilt or mfilt filter object variable，则可以用
3、 b, a = tf(Hd)将dfilt filter object转换为转移函数形式，然后用 d二filter(b,a,x);使用这个滤波器。其中：filter是默认函数，b、a是刚刚设 计的传递函数参数，x是原始采集信号，d为滤波后的信号。 x=importdata(E:matlab_workxybbO6.txt);N=length(x); %取长度fs=4000; %采样频率t=(0:N-1)/fs;输出 Hd；b,a=tf(Hd);%得到传递函数d二filter(b,a,x); subplot(311); plot(t,x); title(原始信号);xlabel(t);ylabel(
4、y);grid on;基于fdatool工具的数字滤波器的matlab设计数字滤波器的matlab设计1.1 fdatool界面设计1.1.1 fdatool 的介绍fdatool (filter design & analysis tool)是 matlab 信号处理工具箱里 专用的滤波器设计分析工具，matlab6.0以上的版本还专门增加了滤波器设计工 具箱(filter design toolbox)。fdatool可以设计几乎所有的基本的常规滤 波器，包括fir和iir的各种设计方法。它操作简单，方便灵活。fdatoo l界面总共分两大部分，一部分是design filter，在界面的
5、下半部，用 来设置滤波器的设计参数，另一部分则是特性区，在界面的上半部分，用来显示 滤波器的各种特性。design filter部分主要分为：filter type （滤波器类型）选项，包括lowpass （低通）、highpass （高通）、 bandpass （带通）、bandstop （带阻）和特殊的fir滤波器。design method （设计方法）选项，包括iir滤波器的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 （椭圆滤波器）法和fir滤波器的eq
6、uiripple法、 least-squares （最小乘方）法、window （窗函数）法。filter order （滤波器阶数）选项，定义滤波器的阶数，包括specify order （指 定阶数）和minimum order （最小阶数）。在specify order中填入所要设计的 滤波器的阶数（n阶滤波器，specify order=nT），如果选择minimum order 则mat lab根据所选择的滤波器类型自动使用最小阶数。frenquency specifications选项，可以详细定义频带的各参数，包括采样 频率fs和频带的截止频率。它的具体选项由filter typ
7、e选项和design method 选项决定，例如bandpass （带通）滤波器需要定义fstopl （下阻带截止频率）、 fpassl （通带下限截止频率）、fpass2 （通带上限截止频率）、fstop2 （上阻带 截止频率），而lowpass （低通）滤波器只需要定义fstopl、fpassl。采用窗函 数设计滤波器时，由于过渡带是由窗函数的类型和阶数所决定的，所以只需要定 义通带截止频率，而不必定义阻带参数。magnitude specifications选项，可以定义幅值衰减的情况。例如设计带通 滤波器时，可以定义wstopl （频率fstopl处的幅值衰减）、wpass （通带范
8、围 内的幅值衰减）、wstop2 （频率fstop2处的幅值衰减）。当采用窗函数设计时， 通带截止频率处的幅值衰减固定为6db,所以不必定义。window specifications选项，当选取采用窗函数设计时，该选项可定义，它包 含了各种窗函数。1.1.2带通滤波器设计实例本文将以一个fir滤波器的设计为例来说明如何使用matlab设计数字滤波 器：在小电流接地系统中注入83.3hz的正弦信号，对其进行跟踪分析，要求设 计一带通数字滤波器，滤除工频及整次谐波，以便在非常复杂的信号中分离出该 注入信号。参数要求：96阶fir数字滤波器，采样频率1000hz，采用hamming 窗函数设计。本
9、例中，首先在filter typ e中选择bandpass （带通滤波器）；在design method选项中选择fir window （fir滤波器窗函数法），接着在window specifications 选项中选取 hamming; 指定 filter order 项中的 specify order =95;由于采用窗函数法设计，只要给出通带下限截止频率fc1和通带上限截止 频率fc2,选取fc1=70hz, fc2 = 84hz。设置完以后点击design filter即可得 到所设计的fir滤波器。通过菜单选项analysis可以在特性区看到所设计滤波 器的幅频响应、相频响应、零极
10、点配置和滤波器系数等各种特性。设计完成后将 结果保存为l.fda文件。在设计过程中，可以对比滤波器幅频相频特性和设计要求，随时调整参数和 滤波器类型，以便得到最佳效果。其它类型的fir滤波器和iir滤波器也都可以使用 fdatool来设计。Magnitude FiesponFS-150，1!J10501001-50200250Frequency- (H;-100Fr 已quency(HzJFhsje Responsen200图1滤波器幅频和相频响应（特性区）400-600fig.1 magnitude response and phase response of the filter1.2程序
11、设计法在mat lab中，对各种滤波器的设计都有相应的计算振幅响应的函数【3】， 可以用来做滤波器的程序设计。上例的带通滤波器可以用程序设计：%定义滤波器阶数96阶c=95;w1=2*pi*fc1/fs;w2=2*pi*fc2/fs;滤波器的技术指标window二hamming(c+1);%参数转换，将模拟滤波器的技术指标转换为数字%使用hamming窗函数%使用标准响应的加窗设计函数firlh=fir1(c,w1/pi w2/pi,window);freqz(h,1,512);%数字滤波器频率响应在mat lab环境下运行该程序即可得到滤波器幅频相频响应曲线和滤波器系数h。 篇幅所限，这里不
12、再将源程序详细列出。2 simulink 仿真本文通过调用simulink中的功能模块构成数字滤波器的仿真框图，在仿真 过程中，可以双击各功能模块，随时改变参数，获得不同状态下的仿真结果。例 如构造以基波为主的原始信号&， 牌）=5顽10M） + 2迎监）+顽2章爵,3 F）,通过simulink环境下的digital filter design （数字滤波器设计）模块导入2.1.2中fdatool所设计 的滤波器文件1.fda。仿真图和滤波效果图如图2所示。图2 simulink仿真图及滤波效果图fig.2 simulated connections and waveform可以看到经过离散采样、数字滤波后分离出了 83.3hz的频率分量（scope1）。 之所以选取上面的叠加信号无何作为原始信号，是由于在实际工作中是要对已经 经过差分滤波的信号进一步做带通滤波，信号的各分量基本同*一致，可以反 映实际的情况。本例设计的滤波器已在实际工作中应用，取得了不错的效果。
