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FIR数字滤波器设计与实现

来源:用户分享 时间:2025/6/6 16:04:08 本文由loading 分享 下载这篇文档手机版
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汉宁窗(升余弦窗)

=0.5

利用傅氏变换的移位特性,汉宁窗频谱的幅度函数W(ω)可用矩形窗的幅度函数表示为:

三部分矩形窗频谱相加,使旁瓣互相抵消,能量集中在主瓣,旁瓣大大减小,主瓣宽度增加1倍。

汉明窗(改进的升余弦窗)

对汉宁窗的改进,在主瓣宽度(对应第一零点的宽度)相同的情况下,旁瓣进一步减小,可使99.96%的能量集中在主瓣内。 布莱克曼窗(三阶升余弦窗)

增加一二次谐波余弦分量,可进一步降低旁瓣,但主瓣宽度进一步增加,增加N可减少过渡带。频谱的幅度函数为:

凯塞窗

以上四种窗函数,都是以增加主瓣宽度为代价来降低旁瓣。凯塞窗则可自由选择主瓣宽度和旁瓣衰减。

I0(x)是零阶贝塞尔函数,参数β可自由选择,决定主瓣宽度与旁瓣衰减。β越大,w(n)窗越窄,其频谱的主瓣变宽,旁瓣变小。一般取 4<β<9

β=5.44 接近汉明 β=8.5 接近布莱克曼

β=0 为矩形

除了上述窗口外,还有所谓的“组构窗口”,即由一些简单的窗函数组合构成,如常见的三角形窗(Bartlett窗)

它是由二个长度为(N/2)的矩形窗进行线性卷积而成的。

几种窗函数的比较

四种常用的窗口函数

①矩形窗; ②汉宁窗; ③汉明窗; ④布莱克曼窗

图 窗口函数频谱(N=51,A=20lg|W(ω)/W(0)|)

从(a)→(d),旁弁的衰减逐步增加,主弁相应加宽(用对数可放大小旁瓣)。

图 在同一指标下用四种窗口设计的LP滤波器频率特性(N=51,wc=0.8π)

可见,矩形窗设计的过渡带最窄,但阻带最小衰减也最差,仅-21dB;布莱克曼窗设计的阻带最小衰减最好,达-74dB,但过渡带最宽,约为矩形窗设计的三倍。几种窗口函数的具体性能比较见下表。

窗函数 矩 形 汉 宁 汉 明 布莱克曼 设计要点:

如果希望得到的滤波器的理想频率响应为H(e)那么FIR滤波器的设计就在于寻找一个传递函数

jw主瓣宽度 4π/N 8π/N 8π/N 12π/N 旁瓣峰值衰减(dB) -13 -31 -41 -57 阻带最小衰减(dB) -21 -44 -53 -74 去逼近H(e),在这种逼近中有两种直接的方法,一是从时域入手,即刚才讨论的窗函数设计法。另一种从频域入手,就是即将讨论的频率取样法

jw

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