数字信号处理实验三(IIR数字滤波器设计)
- IIR数字滤波器设计(2学时)
- 要求:
- 产生一复合信号序列,该序列包含幅度相同的28Hz、50Hz、100Hz、150Hz的单音(单频)信号;其中,50Hz及其谐波为工频干扰(注:采样率要满足要求)。
- 试设计一椭圆低通滤波器,将干扰信号滤除。
- 目的:
- 利用学习到的数字信号处理知识解决实际问题,学会将实际问题的数据转化为相应模型指标;
- 熟悉IIR数字滤波器的设计方法。
- 要求:
实验报告:
一、实验内容
i.产生一复合信号序列,该序列包含幅度相同的28Hz、50Hz、100Hz、150Hz的单音(单频)信号;其中,50Hz及其谐波为工频干扰(注:采样率要满足要求)。
ii.试设计一椭圆低通滤波器,将干扰信号滤除。
二、实验目的
i.利用学习到的数字信号处理知识解决实际问题,学会将实际问题的数据转化为相应模型指标;
ii.熟悉IIR数字滤波器的设计方法。
三、涉及实验的相关情况介绍(包含使用软件或实验设备等情况)
Windows系统 Matlab 2022b
四、实验记录
1.原理基础
本实验旨在通过数字信号处理的方法,设计一个椭圆低通滤波器来滤除复合信号中的特定频率干扰(此处为50Hz及其谐波)。复合信号由四个不同频率的单音信号组成:28Hz、50Hz、100Hz和150Hz,其中50Hz及其谐波(如100Hz、150Hz等)被视为工频干扰。
椭圆低通滤波器是一种数字滤波器,其设计目标是在通带和阻带内都具有最小的波纹(即平坦的幅度响应),并且具有陡峭的过渡带。这使得椭圆滤波器在给定滤波器阶数的情况下,能够提供最窄的过渡带。
采样率的选择需要满足采样定理,即采样率应大于信号中最高频率的两倍,以确保信号在采样过程中不会发生混叠。
2 实验流程
- 信号生成:使用编程工具(如MATLAB)生成包含28Hz、50Hz、100Hz和150Hz的复合信号,所有单音信号的幅度相同。
- 设计椭圆低通滤波器:使用MATLAB的滤波器设计工具(如ellipord和ellip函数)设计一个椭圆低通滤波器,滤除50Hz及其谐波。滤波器的设计参数(如通带截止频率、阻带截止频率、通带最大衰减和阻带最小衰减)需要根据实际需求进行设定。
- 滤波器应用:将设计的椭圆低通滤波器应用于复合信号,得到滤波后的信号。
- 结果分析:对比原始信号和滤波后信号的时域和频域特性,评估滤波器的性能。
3源程序代码
%IIR 低通滤波器:1.设置参数 +生成复合信号+绘制时域和频域 2.设计低通滤波器 3.应用滤波器并绘制时域频域
%编辑人:贾雯爽
%目的:掌握模拟低通滤波器设计流程及影响参数
%最后更新时间:2024/06/05 clear;
clc;
close all%1.1 参数设置
Fs = 1000; % 采样率
t = 0:1/Fs:1-1/Fs; % 时间向量
f1 = 28; % 频率1
f2 = 50; % 频率2(及其谐波将被滤除)
f3 = 100; % 频率3(50Hz的谐波)
f4 = 150; % 频率4(50Hz的谐波)
A = 1; % 所有信号的幅度 % 1.2生成复合信号
x = A * (sin(2*pi*f1*t) + sin(2*pi*f2*t) + sin(2*pi*f3*t) + sin(2*pi*f4*t)); % 1.3绘制原始复合信号
figure;
subplot(2,1,1);
plot(t, x);
title('原始复合信号');
xlabel('时间 (s)');
ylabel('幅度');
subplot(2,1,2);
y = fft(x);
plot(t, y);
title('原始复合信号');
xlabel('频率 (Hz)');
ylabel('幅度');
%1.4绘制复合信号频域% 2设计椭圆低通滤波器
% 2,1选择截止频率和滤波器阶数
fc = 45; % 截止频率,小于50Hz
N = 8; % 滤波器阶数
Rp = 0.5; % 通带波纹(单位dB)
Rs = 30; % 阻带衰减(单位dB) % 2.2设计椭圆滤波器
[b, a] = ellip(N, Rp, Rs, fc/(Fs/2)); % 2.3绘制滤波器频率响应
[H, w] = freqz(b, a, 1024, Fs);
figure;
plot(w/pi*Fs, abs(H));
title('椭圆低通滤波器频率响应');
xlabel('频率 (Hz)');
ylabel('|H(f)|');
grid on; % 3应用滤波器到复合信号
y = filter(b, a, x); % 3.1绘制滤波后的信号
figure;
subplot(2,1,1);
plot(t, x);
title('原始复合信号');
xlabel('时间 (s)');
ylabel('幅度'); subplot(2,1,2);
plot(t, y);
title('滤波后的信号');
xlabel('时间 (s)');
ylabel('幅度');
4 实验结果
5 实验结果分析
通过对滤波后信号的频谱图进行分析,可以评估椭圆低通滤波器的性能。如果滤波后信号的频谱中50Hz及其谐波的幅度显著减小,且28Hz信号的幅度变化不大,则说明滤波器设计成功,达到了预期的效果。
五、实验总结
通过本次实验,我成功地将所学的数字信号处理知识应用于实际问题中,即设计一个椭圆低通滤波器来滤除复合信号中的特定频率干扰。在实验过程中,我首先根据实验要求生成了一个包含28Hz、50Hz、100Hz和150Hz单音信号的复合信号。接着,我利用MATLAB的滤
在设计滤波器时,我根据滤波器的性能指标(如通带截止频率、阻带截止频率、通带最大衰减和阻带最小衰减)进行了参数设置。通过ellipord函数确定了滤波器的阶数和归一化的截止频率,然后使用ellip函数计算了滤波器的系数。
将设计好的椭圆低通滤波器应用于复合信号后,我得到了滤波后的信号。通过对比原始信号和滤波后信号的时域和频域特性,我观察到50Hz及其谐波在滤波后信号的频谱中被显著抑制,而28Hz信号则得以保留。这证明了椭圆低通滤波器在滤除特定频率干扰方面的有效性。
在实验过程中,我也遇到了一些挑战。例如,在选择滤波器参数时需要权衡通带和阻带的性能,以及滤波器的阶数对过渡带陡峭程度的影响。通过不断尝试和调整参数,我最终找到了一个满足实验要求的滤波器设计方案。
通过本次实验,我不仅加深了对数字信号处理知识的理解,还学会了将实际问题的数据转化为相应模型指标的方法。同时,我也熟悉了IIR数字滤波器的设计流程和方法,为今后的学习和研究打下了坚实的基础。
原创文章内容,学术不精恐有错漏之处,恳请各位批评指正。如有Matlab代码源文件或其他沟通需要,可通过邮箱(2642610289@qq.com)联系我,特情注意,学业繁忙难以及时回复,敬请理解。
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一、预备知识 1.1 理解源IP地址和目的IP地址 在网络编程中,IP地址(Internet Protocol Address)是每个连接到互联网的设备的唯一标识符。IP地址可以分为IPv4和IPv6两种类型。IPv4地址是由32位二进制数表示,通常分为四个八位组&am…...
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dledger原理源码分析系列(一)架构,核心组件和rpc组件
简介 dledger是openmessaging的一个组件, raft算法实现,用于分布式日志,本系列分析dledger如何实现raft概念,以及dledger在rocketmq的应用 本系列使用dledger v0.40 本文分析dledger的架构,核心组件;rpc组…...
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第七节:如何浅显易懂地理解Spring Boot中的依赖注入(自学Spring boot 3.x的第二天)
大家好,我是网创有方,今天我开始学习spring boot的第一天,一口气写了这么多。 这节通过一个非常浅显易懂的列子来讲解依赖注入。 在Spring Boot 3.x中,依赖注入(Dependency Injection, DI)是一个核心概念…...
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Postman自动化测试实战:使用脚本提升测试效率
在软件开发过程中,接口测试是确保后端服务稳定性和可靠性的关键步骤。Postman作为一个流行的API开发工具,提供了强大的脚本功能来实现自动化测试。通过在Postman中使用脚本,测试人员可以编写测试逻辑,实现测试用例的自动化执行&am…...
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CSMA/CA并不是“公平”的
CSMA/CA会造成过于公平,对于最需要流量的节点,是最不友好的,而对于最不需要流量的节点,则是最友好的。 CSMA/CA是优先公平来工作的。 CSMA/CA首先各节点使用DIFS界定air idle,在此期间大家都等待 其次,为了同时发送引起碰撞,在DIFS之后随机从CWmin和CWmax之间选择一个时…...
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Python和MATLAB粘性力接触力动态模型半隐式欧拉算法
🎯要点 🎯运动力模型计算制作过程:🖊相机捕捉网球运动图,制定运动数学模型,数值微分运动方程 | 🖊计算运动,欧拉算法离散积分运动,欧拉-克罗默算法微分运动方程 &#…...
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Hack The Box-Editorial
端口扫描 web 先打开网页,没啥内容,扫个后台。 about没啥东西,主要应该是upload页面。 文件上传功能,上传本地文件,会被重命名,后缀名会被删除并且文件名重命名,若尝试打开链接,…...
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Python作用域及其应用
Python的作用域规则决定了变量在代码中的可见性和访问性。全局作用域中定义的变量可以在整个程序中访问,而局部作用域中定义的变量则只能在其被创建的函数或代码块中访问。 全局作用域与局部作用域 全局作用域中的变量通常在程序的顶层定义,可以被整个…...
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poi-tl 生成 word 文件(插入文字、图片、表格、图表)
文章说明 本篇文章主要通过代码案例的方式,展示 poi-tl 生成 docx 文件的一些常用操作,主要涵盖以下内容 : 插入文本字符(含样式、超链接)插入图片插入表格引入标签(通过可选文字的方式,这种方…...
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如何在写代码中找到乐趣
平时我们写代码呢,多数情况都是流水线式写代码,基本就可以实现业务逻辑了。 如何在写代码中找到乐趣呢,我觉得,最好的方式就是:使用设计模式优化自己的业务代码。 参考资料: 实战!工作中常用到…...
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基于Java的区块链数字身份认证
基于Java的区块链数字身份认证 大家好,我是免费搭建查券返利机器人省钱赚佣金就用微赚淘客系统3.0的小编,也是冬天不穿秋裤,天冷也要风度的程序猿!今天我们将探讨基于Java的区块链数字身份认证,这是区块链技术在安全领…...
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采用Java+ SpringBoot+ IntelliJ+idea开发的ADR药物不良反应监测系统源码
采用Java SpringBoot IntelliJidea开发的ADR药物不良反应监测系统源码 ADR药物不良反应监测系统有哪些应用场景? ADR药物不良反应监测系统有哪些应用场景? ADR药物不良反应监测系统具有广泛的应用场景,以下是一些主要的应用场景:…...
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【微服务】springboot 构建docker镜像多模式使用详解
目录 一、前言 二、微服务常用的镜像构建方案 3.1 使用Dockerfile 3.2 使用docker plugin插件 3.3 使用docker compose 编排文件 三、环境准备 3.1 服务器 3.2 安装JDK环境 3.2.1 创建目录 3.2.2 下载安装包 3.2.3 配置环境变量 2.2.4 查看java版本 3.3 安装maven …...
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python class __getattr__ 与 __getattribute__ 的区别
在Python中,__getattr__是一个特殊的方法,用于处理访问不存在的属性时的行为。它通常在类中被重写,以便在属性访问失败时提供自定义的处理逻辑。 __getattr__ 的使用 1. 基本用法 __getattr__方法在访问类实例的某个不存在的属性时自动调用…...
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【算法】递归、搜索与回溯——汉诺塔
题解:汉诺塔(递归、搜索与回溯算法) 目录 1.题目2.题目背景(拓展了解)3.题解4.参考代码5.细节6.总结 1.题目 题目链接:LINK 2.题目背景(拓展了解) 汉诺塔问题是一个通过隐式使用递归栈来进行实现的一个经典问题,该问题最早的发明人是法国…...
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【Clickhouse】DB::Exception: Table is in readonly mode问题解决
1. 问题描述 公司电力检修,机房断电再上电之后clickhouse的一张表出现了只读现象 2024.05.20 16:58:08.702472 [ 173655 ] {17C25AD8068BBE9A} <Error> executeQuery: Code: 242, e.displayText() DB::Exception: Table is in readonly mode (version 20.5…...
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leetcode 207.课程表
思路:拓补排序 数据结构中的知识,这道题其实本质上就是判断在课程表的这个有向图当中是否有环存在,如果有环,说明不能学完;没有环说明可以。判断有无环的做法是拓补排序最好解决。 下面就是拓补排序的做法了…...