designfilt
Спроектируйте цифровые фильтры
Описание
d = designfilt(resp,Name,Value)digitalFilter объект, d, с ответом вводят resp. Задайте фильтр далее с помощью набора Name,Value пары. Позволенные наборы спецификации зависят от типа ответа, resp, и состойте из комбинаций следующего:
Ограничения частоты соответствуют частотам, на которых фильтр предоставляет 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 величины описывают поведение фильтра в конкретных частотных диапазонах. Примеры включают
'PassbandRipple'и'StopbandAttenuation'. (См. полный список в соответствии с Аргументами в виде пар имя-значение.)designfiltобеспечивает значения по умолчанию для ограничений величины, оставленных незаданными. В проектах произвольной величины необходимо всегда задавать векторы из желаемых амплитуд.'FilterOrder'. Некоторые методы разработки позволяют вам задать порядок. Другие производят проекты минимального порядка. Таким образом, они генерируют самые маленькие фильтры, которые удовлетворяют заданным ограничениям.'DesignMethod'алгоритм, используемый, чтобы спроектировать 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 выполнить желаемым техническим требованиям.Проектные решения являются параметрами, характерными для данного метода разработки. Примеры включают
'Window'для'window'метод и оптимизация'Weights'для произвольной величины equiripple проекты. (См. полный список в соответствии с Аргументами в виде пар имя-значение.)designfiltобеспечивает значения по умолчанию для проектных решений, оставленных незаданными.'SampleRate'частота, на которой действует фильтр.designfiltимеет частоту дискретизации по умолчанию 2 Гц. Используя это значение эквивалентно работе с нормированными частотами.
Примечание
Если вы задаете неполный или противоречивый набор пар "имя-значение" в командной строке, designfilt предложения открыть Ассистент Создания фильтра. Ассистент помогает вам спроектировать фильтр и вставляет откорректированный код MATLAB® по командной строке.
Если вы вызываете designfilt из скрипта или функции с неправильным набором технических требований, designfilt выдает ошибку сообщение со ссылкой, чтобы открыть Ассистент Создания фильтра. Ассистент помогает вам спроектировать фильтр, комментирует дефектный код в функции или скрипт, и вставляет откорректированный код MATLAB по следующей строке.
Использование
filterв формеdataOut = filter(d,dataIn)отфильтровать сигнал сdigitalFilterD. Для БИХ-фильтров,filterфункционируйте использует прямую форму II реализаций.Используйте FVTool, чтобы визуализировать
digitalFilterD.Введите
d.Coefficientsполучить коэффициентыdigitalFilterD. Для БИХ-фильтров коэффициенты описываются как секции второго порядка.Смотрите
digitalFilterдля списка функций фильтрации и анализа, доступных для использования сdigitalFilterобъекты.
designfilt( позволяет вам отредактировать существующий цифровой фильтр, d)d. Это открывает Ассистент Создания фильтра, заполненный с техническими требованиями фильтра, которые можно затем изменить. Это - единственный способ, которым можно отредактировать digitalFilter объект. Его свойства в противном случае только для чтения.
Примеры
КИХ-фильтр lowpass
Спроектируйте минимальный порядок КИХ-фильтр lowpass с нормированной частотой полосы пропускания rad/s, частота полосы задерживания rad/s, неравномерность в полосе пропускания 0,5 дБ и затухание в полосе задерживания 65 дБ. Используйте окно Кайзера, чтобы спроектировать фильтр. Визуализируйте его ответ величины. Используйте его, чтобы отфильтровать вектор из 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);
БИХ-фильтр lowpass
Спроектируйте БИХ-фильтр lowpass с порядком 8, частота полосы пропускания 35 кГц и неравномерность в полосе пропускания 0,2 дБ. Задайте частоту дискретизации 200 кГц. Визуализируйте ответ величины фильтра.
lpFilt = designfilt('lowpassiir','FilterOrder',8, ... 'PassbandFrequency',35e3,'PassbandRipple',0.2, ... 'SampleRate',200e3); fvtool(lpFilt)
Используйте фильтр, который вы спроектировали, чтобы отфильтровать случайный сигнал с 1000 выборками.
dataIn = randn(1000,1); dataOut = filter(lpFilt,dataIn);
Выведите коэффициенты фильтра, описанные как секции 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
КИХ-фильтр Highpass
Спроектируйте минимальный порядок highpass КИХ-фильтр с нормированной частотой полосы задерживания rad/s, частота полосы пропускания rad/s, неравномерность в полосе пропускания 0,5 дБ и затухание в полосе задерживания 65 дБ. Используйте окно Кайзера, чтобы спроектировать фильтр. Визуализируйте его ответ величины. 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);
БИХ-фильтр Highpass
Спроектируйте highpass БИХ-фильтр с порядком 8, частота полосы пропускания 75 кГц и неравномерность в полосе пропускания 0,2 дБ. Задайте частоту дискретизации 200 кГц. Визуализируйте ответ величины фильтра. Примените фильтр к вектору с 1000 выборками из случайных данных.
hpFilt = designfilt('highpassiir','FilterOrder',8, ... 'PassbandFrequency',75e3,'PassbandRipple',0.2, ... 'SampleRate',200e3); fvtool(hpFilt)
dataIn = randn(1000,1); dataOut = filter(hpFilt,dataIn);
Полосовой КИХ-фильтр
Спроектируйте 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 величины 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
Полосовой БИХ-фильтр
Спроектируйте 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);
КИХ-фильтр Bandstop
Спроектируйте 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 величины 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);
БИХ-фильтр Bandstop
Спроектируйте 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 величины 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);
КИХ-дифференциатор
Спроектируйте фильтр дифференциатора полной полосы порядка 7. Отобразите его нулевой фазовый отклик. Используйте его, чтобы отфильтровать вектор с 1000 выборками из случайных данных.
dFilt = designfilt('differentiatorfir','FilterOrder',7); fvtool(dFilt,'MagnitudeDisplay','Zero-phase')
dataIn = randn(1000,1); dataOut = filter(dFilt,dataIn);
КИХ трансформатор Гильберта
Спроектируйте Гильбертов трансформатор порядка 18. Задайте нормированную ширину перехода рад/с. Отобразите в линейных модулях ответ величины фильтра. Используйте его, чтобы отфильтровать вектор с 1000 выборками из случайных данных.
hFilt = designfilt('hilbertfir','FilterOrder',18,'TransitionWidth',0.25); fvtool(hFilt,'MagnitudeDisplay','magnitude')
dataIn = randn(1000,1); dataOut = filter(hFilt,dataIn);
КИХ-фильтр произвольной величины
Вам дают сигнал, произведенный на уровне 1 кГц. Спроектируйте фильтр, который останавливает частоты между 100 Гц и 350 Гц и частоты, больше, чем 400 Гц. Задайте порядка 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);
Входные параметры
resp — Отфильтруйте ответ и тип
'lowpassfir' | 'lowpassiir' | 'highpassfir' | 'highpassiir' | 'bandpassfir' | 'bandpassiir' | 'bandstopfir' | 'bandstopiir' | 'differentiatorfir' | 'hilbertfir' | 'arbmagfir'
Отфильтруйте ответ и тип в виде вектора символов или строкового скаляра. Кликните по одному из возможных значений resp расширять таблицу позволенных наборов спецификации.
Типы данных: char | string
d — Цифровой фильтр
digitalFilter объект
Цифровой фильтр в виде digitalFilter объект сгенерирован designfilt. Используйте этот вход, чтобы изменить технические требования существующего digitalFilter.
Аргументы в виде пар имя-значение
Задайте дополнительные разделенные запятой пары Name,Value аргументы. Name имя аргумента и 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 КИХ-фильтр lowpass.Не все комбинации Name,Value пары допустимы. Допустимые комбинации зависят от ответа фильтра, в котором вы нуждаетесь и от ограничений частоты и величины вашего проекта.
Выходные аргументы
Больше о
Ассистент создания фильтра
Если вы задаете неполный или противоречивый набор расчетных параметров, designfilt предложения открыть Ассистент Создания 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, произведенный на уровне 2 кГц. Вас просят спроектировать КИХ-фильтр lowpass, 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 откорректированный 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 deeчастотная характеристика.
fvtool(dee)
Сокращение не выглядит особенно резким. Ответ выше 40 дБ для большинства частот. Вы помните, что у ассистента была опция, чтобы настроить “ограничение величины”, вызвал “затухание в полосе задерживания”. Откройте ассистент путем вызова designfilt с фильтром называют как вход.
designfilt(dee)
Нажмите Magnitude constraints выпадающее меню и выбирает Passband ripple and stopband attenuation. Вы видите, что метод разработки изменился от Window к 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 с вашим 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 к Passband and stopband frequencies. Если вы изменяете порядка 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, произведенный на уровне 2 кГц. Вас просят спроектировать 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 редактор 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 откорректировать код MATLAB. Нажмите Click here получить Ассистент Создания 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, равняются 2 000 Гц. Design method изменяется от Butterworth к Chebyshev type I. Вы нажимаете OK и получаете следующее.
Ассистент правильно идентифицировал файл, где вы вызываете designfilt. Нажмите Yes, чтобы принять изменение. Функция имеет откорректированный 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 Создания фильтра. Это действие устанавливает настройку MATLAB, которая может быть сброшена с setpref:
Используйте
setpref('dontshowmeagain','filterDesignAssistant',false)предлагаться ассистент каждый раз. С этой командой можно получить ассистент, снова отключив его.Используйте
setpref('dontshowmeagain','filterDesignAssistant',true)отключить ассистент постоянно. Можно также нажать Do not show this message again в начальном диалоговом окне.
Можно установить designfilt всегда корректировать дефектные технические требования без выяснения. Это действие устанавливает настройку MATLAB, которая может быть сброшена при помощи setpref:
Используйте
setpref('dontshowmeagain','filterDesignAssistantCodeCorrection',false)иметьdesignfiltоткорректируйте свой код MATLAB, не прося подтверждение. Можно также нажать Always accept в поле диалогового окна подтверждения.Используйте
setpref('dontshowmeagain','filterDesignAssistantCodeCorrection',true)гарантировать тотdesignfiltкорректирует 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.
Смотрите также
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