Разработайте цифровые фильтры
d = designfilt(resp,Name,Value)designfilt(d)d = designfilt(resp,Name,Value)digitalFilter, d, с типом ответа resp. Задайте фильтр далее с помощью набора пар Name,Value. Позволенные наборы спецификации зависят от типа ответа, resp, и состоят из комбинаций следующего:
Ограничения частоты соответствуют частотам, на которых фильтр показывает желаемое поведение. Примеры включают ' PassbandFrequency ' и ' CutoffFrequency '. (См. полный список в соответствии с Аргументами в виде пар имя-значение.) Необходимо всегда задавать ограничения частоты.
Ограничения значения описывают поведение фильтра в конкретных частотных диапазонах. Примеры включают ' PassbandRipple ' и ' StopbandAttenuation '. (См. полный список в соответствии с Аргументами в виде пар имя-значение.) designfilt обеспечивает значения по умолчанию для ограничений значения, оставленных незаданными. В проектах произвольного значения необходимо всегда задавать векторы желаемых амплитуд.
' FilterOrder '. Некоторые методы разработки позволяют вам задать порядок. Другие производят проекты минимального заказа. Таким образом, они генерируют самые маленькие фильтры, которые удовлетворяют заданные ограничения.
' DesignMethod, ' является алгоритмом, раньше разрабатывал фильтр. Примеры включают метод наименьших квадратов с ограничениями ('cls') и работа с окнами Кайзера ('kaiserwin'). Для некоторых наборов спецификации существует несколько методов разработки, доступных, чтобы выбрать из. В других случаях можно использовать только один метод, чтобы соответствовать желаемым спецификациям.
Проектные решения являются параметрами, характерными для данного метода разработки. Примеры включают ' Window ' для метода 'window' и оптимизации ' Weights ' для произвольного значения equiripple проекты. (См. полный список в соответствии с Аргументами в виде пар имя-значение.) designfilt обеспечивает значения по умолчанию для проектных решений, оставленных незаданными.
' SampleRate ' является частотой, на которой действует фильтр. designfilt имеет частоту дискретизации по умолчанию 2 Гц. Используя это значение эквивалентно работе с нормированными частотами.
Если вы задаете неполный или противоречивый набор пар "имя-значение" в командной строке, designfilt предлагает открывать Ассистент Проекта Фильтра. Ассистент помогает вам разработать фильтр и вставляет исправленный код MATLAB® по командной строке.
Если вы вызываете designfilt из скрипта или функции с неправильным набором спецификаций, designfilt выдает ошибку сообщение со ссылкой, чтобы открыть Ассистент Проекта Фильтра. Ассистент помогает вам разработать фильтр, комментирует дефектный код в функции или скрипт, и вставляет исправленный код MATLAB по следующей строке.
Используйте filter в форме dataOut = filter(d,dataIn), чтобы отфильтровать сигнал с digitalFilter, d.
Используйте fvtool, чтобы визуализировать digitalFilter, d.
Введите d.Coefficients, чтобы получить коэффициенты digitalFilter, d. Для БИХ-фильтров коэффициенты выражаются как разделы второго порядка.
Смотрите digitalFilter для списка функций фильтрации и анализа, доступных для использования с объектами digitalFilter.
designfilt( позволяет вам отредактировать существующий цифровой фильтр, d)d. Это открывает Ассистент Проекта Фильтра, заполненный со спецификациями фильтра, которые можно затем изменить. Это - единственный способ, которым можно отредактировать объект digitalFilter. Его свойства в противном случае только для чтения.
Разработайте минимальный заказ lowpass КИХ-фильтр с нормированной частотой полосы пропускания rad/s, частота полосы задерживания rad/s, пульсация полосы пропускания 0,5 дБ и затухание полосы задерживания 65 дБ. Используйте окно Kaiser, чтобы разработать фильтр. Визуализируйте его ответ значения. Используйте его, чтобы отфильтровать вектор случайных данных.
lpFilt = designfilt('lowpassfir','PassbandFrequency',0.25, ... 'StopbandFrequency',0.35,'PassbandRipple',0.5, ... 'StopbandAttenuation',65,'DesignMethod','kaiserwin'); fvtool(lpFilt)
dataIn = rand(1000,1); dataOut = filter(lpFilt,dataIn);
Разработайте lowpass БИХ-фильтр с порядком 8, частота полосы пропускания 35 кГц и пульсация полосы пропускания 0,2 дБ. Задайте частоту дискретизации 200 кГц. Визуализируйте ответ значения фильтра. Используйте его, чтобы отфильтровать случайный сигнал с 1000 выборками.
lpFilt = designfilt('lowpassiir','FilterOrder',8, ... 'PassbandFrequency',35e3,'PassbandRipple',0.2, ... 'SampleRate',200e3); fvtool(lpFilt)
dataIn = randn(1000,1); dataOut = filter(lpFilt,dataIn);
Выведите коэффициенты фильтра, выраженные как разделы второго порядка.
sos = lpFilt.Coefficients
sos = 4×6
0.2666 0.5333 0.2666 1.0000 -0.8346 0.9073
0.1943 0.3886 0.1943 1.0000 -0.9586 0.7403
0.1012 0.2023 0.1012 1.0000 -1.1912 0.5983
0.0318 0.0636 0.0318 1.0000 -1.3810 0.5090
Разработайте минимальный заказ highpass КИХ-фильтр с нормированной частотой полосы задерживания rad/s, частота полосы пропускания rad/s, пульсация полосы пропускания 0,5 дБ и затухание полосы задерживания 65 дБ. Используйте окно Kaiser, чтобы разработать фильтр. Визуализируйте его ответ значения. Используйте его, чтобы отфильтровать 1 000 выборок случайных данных.
hpFilt = designfilt('highpassfir','StopbandFrequency',0.25, ... 'PassbandFrequency',0.35,'PassbandRipple',0.5, ... 'StopbandAttenuation',65,'DesignMethod','kaiserwin'); fvtool(hpFilt)
dataIn = randn(1000,1); dataOut = filter(hpFilt,dataIn);
Разработайте highpass БИХ-фильтр с порядком 8, частота полосы пропускания 75 кГц и пульсация полосы пропускания 0,2 дБ. Задайте частоту дискретизации 200 кГц. Визуализируйте ответ значения фильтра. Примените фильтр к вектору с 1000 выборками случайных данных.
hpFilt = designfilt('highpassiir','FilterOrder',8, ... 'PassbandFrequency',75e3,'PassbandRipple',0.2, ... 'SampleRate',200e3); fvtool(hpFilt)
dataIn = randn(1000,1); dataOut = filter(hpFilt,dataIn);
Разработайте КИХ-фильтр полосы пропускания 20-го порядка с более низкой частотой среза, 500 Гц и более высокой частотой среза 560 Гц. Частота дискретизации составляет 1 500 Гц. Визуализируйте ответ значения фильтра. Используйте его, чтобы отфильтровать случайный сигнал, содержащий 1 000 выборок.
bpFilt = designfilt('bandpassfir','FilterOrder',20, ... 'CutoffFrequency1',500,'CutoffFrequency2',560, ... 'SampleRate',1500); fvtool(bpFilt)
dataIn = randn(1000,1); dataOut = filter(bpFilt,dataIn);
Выведите коэффициенты фильтра.
b = bpFilt.Coefficients
b = 1×21
-0.0113 0.0067 0.0125 -0.0445 0.0504 0.0101 -0.1070 0.1407 -0.0464 -0.1127 0.1913 -0.1127 -0.0464 0.1407 -0.1070 0.0101 0.0504 -0.0445 0.0125 0.0067 -0.0113
Разработайте БИХ-фильтр полосы пропускания 20-го порядка с более низкой частотой на 3 дБ, 500 Гц и более высокой частотой на 3 дБ 560 Гц. Частота дискретизации составляет 1 500 Гц. Визуализируйте частотную характеристику фильтра. Используйте его, чтобы отфильтровать случайный сигнал с 1000 выборками.
bpFilt = designfilt('bandpassiir','FilterOrder',20, ... 'HalfPowerFrequency1',500,'HalfPowerFrequency2',560, ... 'SampleRate',1500); fvtool(bpFilt)
dataIn = randn(1000,1); dataOut = filter(bpFilt,dataIn);
Разработайте 20-й порядок bandstop КИХ-фильтр с более низкой частотой среза, 500 Гц и более высокой частотой среза 560 Гц. Частота дискретизации составляет 1 500 Гц. Визуализируйте ответ значения фильтра. Используйте его, чтобы отфильтровать 1 000 выборок случайных данных.
bsFilt = designfilt('bandstopfir','FilterOrder',20, ... 'CutoffFrequency1',500,'CutoffFrequency2',560, ... 'SampleRate',1500); fvtool(bsFilt)
dataIn = randn(1000,1); dataOut = filter(bsFilt,dataIn);
Разработайте 20-й порядок bandstop БИХ-фильтр с более низкой частотой на 3 дБ, 500 Гц и более высокой частотой на 3 дБ 560 Гц. Частота дискретизации составляет 1 500 Гц. Визуализируйте ответ значения фильтра. Используйте его, чтобы отфильтровать 1 000 выборок случайных данных.
bsFilt = designfilt('bandstopiir','FilterOrder',20, ... 'HalfPowerFrequency1',500,'HalfPowerFrequency2',560, ... 'SampleRate',1500); fvtool(bsFilt)
dataIn = randn(1000,1); dataOut = filter(bsFilt,dataIn);
Разработайте фильтр дифференциатора полной полосы порядка 7. Отобразите его нулевой фазовый отклик. Используйте его, чтобы отфильтровать вектор с 1000 выборками случайных данных.
dFilt = designfilt('differentiatorfir','FilterOrder',7); fvtool(dFilt,'MagnitudeDisplay','Zero-phase')
dataIn = randn(1000,1); dataOut = filter(dFilt,dataIn);
Разработайте Гильбертов преобразователь порядка 18. Задайте нормированную ширину перехода rad/s. Отобразите в линейных модулях ответ значения фильтра. Используйте его, чтобы отфильтровать вектор с 1000 выборками случайных данных.
hFilt = designfilt('hilbertfir','FilterOrder',18,'TransitionWidth',0.25); fvtool(hFilt,'MagnitudeDisplay','magnitude')
dataIn = randn(1000,1); dataOut = filter(hFilt,dataIn);
Вам дают сигнал, выбранный на уровне 1 кГц. Разработайте фильтр, который останавливает частоты между 100 Гц и 350 Гц и частоты, больше, чем 400 Гц. Задайте порядок фильтра 60. Визуализируйте частотную характеристику фильтра. Используйте его, чтобы отфильтровать случайный сигнал с 1000 выборками.
mbFilt = designfilt('arbmagfir','FilterOrder',60, ... 'Frequencies',0:50:500,'Amplitudes',[1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0], ... 'SampleRate',1000); fvtool(mbFilt)
dataIn = randn(1000,1); dataOut = filter(mbFilt,dataIn);
resp — Отфильтруйте ответ и тип'lowpassfir' | 'lowpassiir' | 'highpassfir' | 'highpassiir' | 'bandpassfir' | 'bandpassiir' | 'bandstopfir' | 'bandstopiir' | 'differentiatorfir' | 'hilbertfir' | 'arbmagfir'Отфильтруйте ответ и тип, заданный как вектор символов, или представьте скаляр в виде строки. Кликните по одному из возможных значений resp, чтобы расширить таблицу позволенных наборов спецификации.
Типы данных: char | string
d Цифровой фильтрdigitalFilterЦифровой фильтр, заданный как объект digitalFilter, сгенерирован designfilt. Используйте этот вход, чтобы изменить спецификации существующего digitalFilter.
Укажите необязательные аргументы в виде пар ""имя, значение"", разделенных запятыми. Имя (Name) — это имя аргумента, а значение (Value) — соответствующее значение. Name должен появиться в кавычках. Вы можете задать несколько аргументов в виде пар имен и значений в любом порядке, например: Name1, Value1, ..., NameN, ValueN.
'FilterOrder',20,'CutoffFrequency',0.4 достаточен, чтобы задать lowpass КИХ-фильтр.Не все комбинации пар Name,Value допустимы. Допустимые комбинации зависят от ответа фильтра, в котором вы нуждаетесь и от ограничений частоты и значения вашего проекта.
Если вы задаете неполный или противоречивый набор параметров проекта, designfilt предлагает открывать Ассистент Проекта Фильтра.
(В описании аргумента для resp существует полный список допустимых наборов спецификации для всех доступных типов ответа.)
Ассистент ведет себя по-другому, если вы вызываете designfilt в командной строке или в рамках скрипта или функции.
Вам дают сигнал, выбранный на уровне 2 кГц. Вас просят разработать lowpass КИХ-фильтр, который подавляет частотные составляющие выше, чем 650 Гц. “Частота среза” походит на хорошего кандидата на параметр спецификации. В командной строке MATLAB вы вводите следующее.
Fsamp = 2e3; Fctff = 650; dee = designfilt('lowpassfir','CutoffFrequency',Fctff, ... 'SampleRate',Fsamp);
Что-то, кажется, неправильно, потому что это диалоговое окно появляется на вашем экране.
Вы нажимаете Yes и получаете новое диалоговое окно, которое предлагает генерировать код. Вы видите, что переменные, которые вы задали прежде, были вставлены, где ожидается.
После исследования некоторых опций предложил, вы решаете протестировать исправленный фильтр. Вы нажимаете OK и получаете следующий код по командной строке.
dee = designfilt('lowpassfir', 'FilterOrder', 10, ... 'CutoffFrequency', Fctff, 'SampleRate', Fsamp);
Введение имени фильтра повторяет информацию от диалогового окна.
dee
dee =
digitalFilter with properties:
Coefficients: [1x11 double]
Specifications:
FrequencyResponse: 'lowpass'
ImpulseResponse: 'fir'
SampleRate: 2000
FilterOrder: 10
CutoffFrequency: 650
DesignMethod: 'window'
Use fvtool to visualize filter
Use filter function to filter dataВы вызываете fvtool и получаете график частотной характеристики dee.
fvtool(dee)
Сокращение не выглядит особенно резким. Ответ выше 40 дБ для большинства частот. Вы помните, что у ассистента была опция, чтобы настроить “ограничение значения”, вызвал “затухание полосы задерживания”. Откройте ассистент путем вызова designfilt с именем фильтра как вход.
designfilt(dee)
Нажмите Magnitude constraints выпадающее меню и выберите Passband ripple and stopband attenuation. Вы видите, что метод разработки изменился от Window до FIR constrained least-squares. Значение по умолчанию для затухания составляет 60 дБ, который выше, чем 40. Нажмите OK и визуализируйте получившийся фильтр.
dee = designfilt('lowpassfir', 'FilterOrder', 10, ... 'CutoffFrequency', Fctff, ... 'PassbandRipple', 1, 'StopbandAttenuation', 60, ... 'SampleRate', Fsamp); fvtool(dee)
Сокращение все еще не выглядит резким. Затухание - действительно 60 дБ, но для частот выше 900 Гц.
Снова вызовите designfilt со своим фильтром, как введено.
designfilt(dee)
Ассистент вновь появляется.
Чтобы сузить различие между принятыми и отклоненными частотами, увеличьте порядок фильтра или измените Frequency constraints от Cutoff (6dB) frequency до Passband and stopband frequencies. Если вы изменяете порядок фильтра от 10 до 50, вы получаете более резкий фильтр.
dee = designfilt('lowpassfir', 'FilterOrder', 50, ... 'CutoffFrequency', 650, ... 'PassbandRipple', 1, 'StopbandAttenuation', 60, ... 'SampleRate', 2000); fvtool(dee)
Немного экспериментирования показывает, что можно получить подобный фильтр путем установки полосы пропускания и частот полосы задерживания соответственно к 600 Гц и 700 Гц.
dee = designfilt('lowpassfir', 'PassbandFrequency', 600, ... 'StopbandFrequency', 700, ... 'PassbandRipple', 1, 'StopbandAttenuation', 60, ... 'SampleRate', 2000); fvtool(dee)
Вам дают сигнал, выбранный на уровне 2 кГц. Вас просят разработать фильтр highpass, который останавливает частоты ниже 700 Гц. Вы не заботитесь о фазе сигнала, и необходимо работать с фильтром младшего разряда. Таким образом БИХ-фильтр кажется соответствующим. Вы не уверены, какой порядок фильтра является лучшим, таким образом, вы пишете функцию, которая принимает порядок как вход. Откройте редактора MATLAB и создайте файл.
function dataOut = hipassfilt(N,dataIn) hpFilter = designfilt('highpassiir','FilterOrder',N); dataOut = filter(hpFilter,dataIn); end
Чтобы протестировать вашу функцию, создайте сигнал, состоявший из двух синусоид с частотами 500 и 800 Гц, и сгенерируйте выборки в течение 0,1 с. Фильтр 5-го порядка кажется разумным как исходное предположение. Создайте скрипт под названием driveHPfilt.m.
% script driveHPfilt.m
Fsamp = 2e3;
Fsm = 500;
Fbg = 800;
t = 0:1/Fsamp:0.1;
sgin = sin(2*pi*Fsm*t)+sin(2*pi*Fbg*t);
Order = 5;
sgout = hipassfilt(Order,sgin);Когда вы запускаете скрипт в командной строке, вы получаете сообщение об ошибке.
Сообщение об ошибке дает вам выбор открытия ассистента, чтобы исправить код MATLAB. Нажмите Click here, чтобы получить Ассистент Проекта Фильтра на вашем экране.
Вы видите проблему: Вы не задавали ограничение частоты. Вы также забыли устанавливать частоту дискретизации. После экспериментирования вы находите, что можно задать Frequency units как Hz, Passband frequency, равный 700 Гц и Input Fs, равный 2 000 Гц. Design method изменяется от Butterworth до Chebyshev type I. Вы нажимаете OK и получаете следующее.
Ассистент правильно идентифицировал файл, где вы вызываете designfilt. Нажмите Yes, чтобы принять изменение. Функция имеет исправленный код MATLAB.
function dataOut = hipassfilt(N,dataIn) % hpFilter = designfilt('highpassiir','FilterOrder',N); hpFilter = designfilt('highpassiir', 'FilterOrder', N, ... 'PassbandFrequency', 700, 'PassbandRipple', 1, ... 'SampleRate', 2000); dataOut = filter(hpFilter,dataIn); end
Можно теперь запустить скрипт с различными значениями порядка фильтра. В зависимости от ваших конструктивных ограничений можно изменить набор спецификации.
Можно установить designfilt никогда не предлагать Ассистенту Проекта Фильтра. Это действие устанавливает настройку MATLAB, которая может быть сброшена с setpref:
Используйте setpref('dontshowmeagain','filterDesignAssistant',false), которому предложат ассистент каждый раз. С этой командой можно получить ассистент, снова отключив его.
Используйте setpref('dontshowmeagain','filterDesignAssistant',true), чтобы отключить ассистент постоянно. Можно также нажать Do not show this message again в начальном диалоговом окне.
Можно установить designfilt всегда исправлять дефектные спецификации без выяснения. Это действие устанавливает настройку MATLAB, которая может быть сброшена при помощи setpref:
Используйте setpref('dontshowmeagain','filterDesignAssistantCodeCorrection',false), чтобы иметь designfilt, правильный ваш код MATLAB, не прося подтверждение. Можно также нажать Always accept в поле диалогового окна подтверждения.
Используйте setpref('dontshowmeagain','filterDesignAssistantCodeCorrection',true), чтобы гарантировать, что designfilt исправляет ваш код MATLAB только, когда вы подтверждаете, что хотите изменения. С этой командой можно отменить эффект наличия, нажал Always accept в поле диалогового окна подтверждения.
digitalFilter | double | fftfilt | filt2block | filter | filtfilt | filtord | firtype | freqz | fvtool | grpdelay | impz | impzlength | info | isallpass | isdouble | isfir | islinphase | ismaxphase | isminphase | issingle | isstable | phasedelay | phasez | single | ss | stepz | tf | zerophase | zpk | zplane