滤波器浏览器和滤波器设计器

6.3　滤波器浏览器和滤波器设计器

本节将通过介绍滤波器浏览器和滤波器设计器的使用，使用户体会如何利用MATLAB提供的图形界面工具来设计和分析作为信号处理的核心之一的滤波器。

SPTool中自带的滤波器浏览器能够对滤波器的以下一些特性进行分析:

幅向响应;

相位响应;

脉冲响应;

阶跃响应;

组延迟;

Pole/Zero定位。

此外，滤波器浏览器在图形显示方面还可以实现下面一些功能:

滤波器的缩放;

滤波器响应的评测;

滤波器响应的层叠;

修改滤波器显示参数，如频域等。

用户可以在SPTool主窗口界面中的滤波器列表中选择LSlp滤波器，然后单击下面的View按钮，就可以调出滤波器浏览器，如图6-9所示。

图6-9　滤波器浏览器主界面

滤波器浏览器包括以下一些组件:

(1)滤波器标志区域　包括滤波器的名称、参数，以及样本频率信息。

(2)显示参数区域　包括幅相和相位的单位，以及组延迟、Pole/Zero定位、脉冲响应和阶跃响应等。

(3)频率轴区域　可以显示一个和多个滤波器的图像。

(4)标记参数区域　这个区域和信号浏览器中的相似。

(5)工具栏　工具栏上按钮的用法与信号浏览器的工具栏相似。

关于滤波器浏览器的一些缩放和拖放的功能，可以参见前面的信号浏览器的介绍，而滤波器浏览器参数的设置则可以从MATLAB的在线帮助中获得。

滤波器设计器是设计和编辑FIR和IIR数字滤波器的图形界面工具，绝大多数MATLAB信号处理工具箱提供的命令行函数都可以在这个可视化的滤波器设计器中被调用，用户可以设计的滤波器类型包括:

带通滤波器;

低通滤波器;

带阻滤波器;

高通滤波器。

对于FIR滤波器的设计可以使用的方法有等波方法(equiriapple)、最小二乘法(least squares)、窗口法(window)，而对于IIR滤波器的设计可以使用的方法有布特沃斯方法(Butterworth)、切比雪夫Ⅰ型方法(Chebyshev type I)、切比雪夫Ⅱ型方法(Chebyshev type II)、椭圆函数方法(Elliptic)。用户可以根据自己的需要灵活选择这些方法中的一种或多种来进行滤波器设计。

调出滤波器设计器的方法可以是在SPTool主窗口界面中选择一个滤波器，然后单击Edit按钮，或者是直接单击滤波器列表下面的New按钮，如图6-10所示。

图6-10　滤波器设计器主界面

下面介绍一下滤波器设计器的各种组件:

滤波器下拉选择菜单，这个菜单包括了SPTool中提供的滤波器，用户可以添加自定义的滤波器到这个列表中;

样本频率的文本框，用户可以输入指定的样本频率;

滤波器设计算法的下拉框;

滤波器参数设计区域;

主显示区域;

对当前滤波器特征和稳定性的评测区域;

工具栏，这个工具栏的用法如表6-3所示。

表6-3　滤波器设计器的工具栏列表

在滤波器设计算法的下拉框中，用户可以找到Pole/Zero编辑器，如图6-11所示。而SPTool自带的可视化滤波器设计器，如图6-12所示，下面介绍一下它的用法。

图6-11　滤波器设计算法列表

Pole/Zero编辑器的快速工具按钮的意义见表6-4。

表6-4　Pole/Zero编辑器的快速工具按钮列表

图6-12　Pole/Zero编辑器示例

现在我们需要设计一个全新的滤波器，在打开Pole/Zero编辑器后，首先删掉主显示区域所有点，然后在Sampling Frequency框中填入600。单击Add Zeros按钮，在滤波器设计器右边的Measurement和Coordinations的帮助下，添加以下这些点，分别位于0.2π，0.4π，0.6π，0.8π的地方。

当然也可以在设计器左边的Specifications区域直接指定这些点的位置。例如:Mag =1，Angle = 0.2* pi的点即对应了图中选定的那一对点，如图6-13所示。

然后将Conjugate选择框中的对勾去掉，在0和π的地方加上两个点，这样图中一共放置了10个zero点。

接着用户可以在滤波器浏览器中查看这个滤波器的图像了。注意在幅相中选择linear，相位中选择degrees，如图6-14所示。

下面添加极点，与添加zero点的做法类似，分别在0.2π，0.4π，0.6π，0.8π的地方添加极点对，在0和π之间添加单个的点，同时将Mag指定为0.95。添加好之后的图像如图6-15所示。

再次在滤波器浏览器中查看这个滤波器，如图6-16所示。

如果用户希望在幅相上减小波形周期间的间隔，可以将所有极点的mag参数值设为0.98，可以得到图6-17。

图6-13　添加分布点

图6-14　查看滤波器的图像

图6-15　添加极点后的效果图

图6-16　添加极点后的滤波器图像

图6-17　最终结果