Объект спецификации конструкции полосового фильтра
fdesign.bandstop функция возвращает bandstop объект спецификации конструкции фильтра, содержащий спецификации фильтра, такие как частота полосы пропускания, частота полосы останова, пульсация полосы пропускания и порядок фильтрации. Затем используйте design для проектирования фильтра из объекта спецификации конструкции фильтра.
Дополнительные параметры управления см. в разделе Процедура проектирования фильтра. Полный рабочий процесс см. в разделе Проектирование фильтра в Fdesign - Обзор процесса.
bandstopSpecs = fdesign.bandstop
Первая частота полосы пропускания установлена равной 0,35.
Частота первой полосы останова установлена равной 0,45.
Частота второй полосы останова установлена равной 0,55.
Вторая частота полосы пропускания установлена равной 0,65.
Первая пульсация полосы пропускания 1 дБ.
Для затухания полосы останова установлено значение 60 дБ.
Вторая пульсация полосы пропускания установлена на 1 дБ.
bandstopSpecs = fdesign.bandstop(spec,value1,...,valueN)spec. После выражения укажите значение для каждого параметра. Если значения после spec , функция принимает значения по умолчанию.
bandstopSpecs = fdesign.bandstop(___,Fs)Fs должен быть указан как скаляр, задающий другие предоставленные числовые значения. В этом случае все частоты в спецификациях также представлены в Гц.
Технические условия на проектирование fdesign.bandstop('Fp1,Fst1,Fst2,Fp2,Ap1,Ast,Ap2',.4,.5,.6,.7,1,80,.5) проектирует тот же фильтр, что и fdesign.bandstop('Fp1,Fst1,Fst2,Fp2,Ap1,Ast,Ap2',1600,2000,2400,2800,1,80,0.5,8000)
bandstopSpecs = fdesign.bandstop(___,magunits)magunits может быть одним из следующих: 'linear', 'dB', или 'squared'. Если этот аргумент опущен, 'dB' предполагается. Параметры величины всегда преобразуются и сохраняются в дБ независимо от того, как они были заданы. Если Fs предоставляется, magunits должны следовать Fs в списке входных аргументов.
Сконструировать эквриппельный фильтр FIR с ограниченной полосой частот порядка 60 со стоп-полосой [12,8 22,4] кГц. Оба значения пульсации полосы пропускания ограничены 1 дБ. Частота дискретизации составляет 64 кГц.
Создать bandstop объект спецификации конструкции фильтра с использованием fdesign.bandstop и укажите эти расчетные параметры.
bandstopSpecs = fdesign.bandstop('N,Fp1,Fst1,Fst2,Fp2,C',60,9.6e3,12.8e3,22.4e3,25.6e3,64000);Ограничьте две полосы пропускания пульсацией полосы пропускания 1 дБ.
bandstopSpecs.Passband1Constrained = true; bandstopSpecs.Apass1 = 1; bandstopSpecs.Passband2Constrained = true; bandstopSpecs.Apass2 = 1;
Спроектируйте полосовой фильтр с помощью design функция. Результирующим фильтром является dsp.Filter object™ системы. Дополнительные сведения о применении этого фильтра к потоковым данным см. в разделе dsp.FIRFilter.
bandstopFilt = design(bandstopSpecs,'Systemobject',true)bandstopFilt =
dsp.FIRFilter with properties:
Structure: 'Direct form'
NumeratorSource: 'Property'
Numerator: [1x61 double]
InitialConditions: 0
Show all properties
Визуализация частотной характеристики проектируемого фильтра с помощью fvtool.
fvtool(bandstopFilt)
Измерить частотную характеристику фильтра с помощью measure.
measure(bandstopFilt)
ans = Sample Rate : 64 kHz First Passband Edge : 9.6 kHz First 3-dB Point : 10.5255 kHz First 6-dB Point : 10.9058 kHz First Stopband Edge : 12.8 kHz Second Stopband Edge : 22.4 kHz Second 6-dB Point : 24.2866 kHz Second 3-dB Point : 24.6685 kHz Second Passband Edge : 25.6 kHz First Passband Ripple : 0.11754 dB Stopband Atten. : 69.3934 dB Second Passband Ripple : 0.11761 dB First Transition Width : 3.2 kHz Second Transition Width : 3.2 kHz
Спроектируйте эллиптический полосовой фильтр минимального порядка. Процедура проектирования фильтра:
Укажите спецификации конструкции фильтра с помощью fdesign функция.
Выберите метод проектирования, предоставленный designmethods функция.
Чтобы определить доступные варианты конструкции на выбор, используйте designoptions функция.
Спроектируйте фильтр с помощью design функция.
Конструкция fdesign.bandstop в состоянии по умолчанию и введите спецификации конструкции в функцию.
bandstopSpecs = fdesign.bandstop(.3,.4,.6,.7,.5,60,1)
bandstopSpecs =
bandstop with properties:
Response: 'Bandstop'
Specification: 'Fp1,Fst1,Fst2,Fp2,Ap1,Ast,Ap2'
Description: {7x1 cell}
NormalizedFrequency: 1
Fpass1: 0.3000
Fstop1: 0.4000
Fstop2: 0.6000
Fpass2: 0.7000
Apass1: 0.5000
Astop: 60
Apass2: 1
Определите доступные методы проектирования с помощью designmethods функция. Для проектирования эллиптического фильтра выберите ellip.
designmethods(bandstopSpecs,'Systemobject',true)Design Methods that support System objects for class fdesign.bandstop (Fp1,Fst1,Fst2,Fp2,Ap1,Ast,Ap2): butter cheby1 cheby2 ellip equiripple kaiserwin
При проектировании фильтра можно задать дополнительные варианты конструкции. Просмотр списка параметров с помощью designoptions функция. Функция также показывает варианты конструкции по умолчанию, используемые фильтром.
designoptions(bandstopSpecs,'ellip')ans = struct with fields:
FilterStructure: {1x6 cell}
SOSScaleNorm: 'ustring'
SOSScaleOpts: 'fdopts.sosscaling'
MatchExactly: {'passband' 'stopband' 'both'}
SystemObject: 'bool'
DefaultFilterStructure: 'df2sos'
DefaultMatchExactly: 'both'
DefaultSOSScaleNorm: ''
DefaultSOSScaleOpts: [1x1 fdopts.sosscaling]
DefaultSystemObject: 0
Используйте design для проектирования фильтра. Проход 'ellip' и спецификации, задаваемые переменной 'bandstopSpecs', в качестве входных аргументов.
bsFilter = design(bandstopSpecs,'ellip','Systemobject',true)
bsFilter =
dsp.BiquadFilter with properties:
Structure: 'Direct form II'
SOSMatrixSource: 'Property'
SOSMatrix: [5x6 double]
ScaleValues: [6x1 double]
InitialConditions: 0
OptimizeUnityScaleValues: true
Show all properties
Визуализация частотной характеристики проектируемого фильтра.
fvtool(bsFilter)
Создайте полосовой фильтр для отбраковки дискретной полосы частот между 3δ/8 и 5λ/8 рад/выборка. При частоте дискретизации 48 кГц эти значения преобразуются в диапазон частот [9 15] кГц. Применить фильтр к дискретно-временному сигналу, состоящему из наложения трёх дискретно-временных синусоид.
Фильтр создается путем создания сначала объекта спецификации конструкции полосового фильтра, а затем передачи объекта в качестве входных данных design функция.
Проектирование полосового фильтра
Создание объекта спецификации конструкции полосового фильтра с помощью fdesign.bandstop.
bandstopSpecs = fdesign.bandstop(1/4,3/8,5/8,6/8,1,60,1)
bandstopSpecs =
bandstop with properties:
Response: 'Bandstop'
Specification: 'Fp1,Fst1,Fst2,Fp2,Ap1,Ast,Ap2'
Description: {7x1 cell}
NormalizedFrequency: 1
Fpass1: 0.2500
Fstop1: 0.3750
Fstop2: 0.6250
Fpass2: 0.7500
Apass1: 1
Astop: 60
Apass2: 1
Перечислите доступные методы конструирования для этого объекта.
designmethods(bandstopSpecs)
Design Methods for class fdesign.bandstop (Fp1,Fst1,Fst2,Fp2,Ap1,Ast,Ap2): butter cheby1 cheby2 ellip equiripple kaiserwin
Для проектирования равноконтактного фильтра выберите 'equiripple'.
bsFilter = design(bandstopSpecs,'equiripple','Systemobject',true)
bsFilter =
dsp.FIRFilter with properties:
Structure: 'Direct form'
NumeratorSource: 'Property'
Numerator: [1x37 double]
InitialConditions: 0
Show all properties
Визуализация частотной характеристики проектируемого фильтра.
fvtool(bsFilter,'Fs',48000)
Создание синусоидального сигнала
Создайте сигнал, который представляет собой сумму трех синусоид с частотами 1 кГц, 12 кГц и 16 кГц. Инициализируйте анализатор спектра для просмотра исходного сигнала и отфильтрованного сигнала.
Sine1 = dsp.SineWave('Frequency',1e3,'SampleRate',44.1e3,'SamplesPerFrame',4000); Sine2 = dsp.SineWave('Frequency',12e3,'SampleRate',44.1e3,'SamplesPerFrame',4000); Sine3 = dsp.SineWave('Frequency',16e3,'SampleRate',44.1e3,'SamplesPerFrame',4000); SpecAna = dsp.SpectrumAnalyzer('PlotAsTwoSidedSpectrum',false, ... 'SampleRate',Sine1.SampleRate, ... 'NumInputPorts',2,... 'ShowLegend',true, ... 'YLimits',[-240,45]); SpecAna.ChannelNames = {'Original noisy signal','Filtered signal'};
Синусоидальный сигнал фильтра
Фильтрация синусоидального сигнала с помощью разработанного полосового фильтра. Просмотрите исходный сигнал и отфильтрованный сигнал в анализаторе спектра. Тональный сигнал на частоте 1 кГц не изменяется. Тональный сигнал на частоте 12 кГц отфильтровывается и ослабляется, а тональный сигнал на частоте 16 кГц слегка ослабляется, поскольку он появляется в переходной полосе фильтра.
for i = 1 : 1000 x = Sine1()+Sine2()+Sine3(); y = bsFilter(x); SpecAna(x,y); end release(SpecAna)
spec - Технические условия'Fp1,Fst1,Fst2,Fp2,Ap1,Ast,Ap2' (по умолчанию) | 'N,F3dB1,F3dB2' | 'N,F3dB1,F3dB2,Ap' | ...Выражение спецификации, указанное как один из следующих векторов символов:
'Fp1,Fst1,Fst2,Fp2,Ap1,Ast,Ap2' (по умолчанию)
'N,F3dB1,F3dB2'
'N,F3dB1,F3dB2,Ap' *
'N,F3dB1,F3dB2,Ap,Ast' *
'N,F3dB1,F3dB2,Ast' *
'N,F3dB1,F3dB2,BWp' *
'N,F3dB1,F3dB2,BWst' *
'N,Fc1,Fc2'
'N,Fc1,Fc2,Ap1,Ast,Ap2'
'N,Fp1,Fp2,Ap'
'N,Fp1,Fp2,Ap,Ast'
'N,Fp1,Fst1,Fst2,Fp2'
'N,Fp1,Fst1,Fst2,Fp2,C' *
'N,Fp1,Fst1,Fst2,Fp2,Ap' *
'N,Fst1,Fst2,Ast'
'Nb,Na,Fp1,Fst1,Fst2,Fp2' *
В этой таблице описывается каждый параметр, который может отображаться в выражении.
| Вариант спецификации | Описание |
|---|---|
Ap | Допустимое количество пульсации в полосе пропускания, указанное как Apass в дБ. |
Ap1 | Допустимое количество пульсаций в первой полосе пропускания, указанное как Apass1 в дБ. |
Ap2 | Допустимое количество пульсаций во второй полосе пропускания, указанное как Apass2 в дБ. |
Ast | Затухание полосы останова (дБ), указанное с помощью Astop. |
BWp | Полоса пропускания полосы пропускания фильтра, указанная как BWpass в нормированных частотных единицах. |
BWst | Полоса пропускания полосы останова фильтра, указанная как BWstop в нормированных частотных единицах. |
F3dB1 | Частота точки 3 дБ ниже значения полосы пропускания для первого отсечения, заданного в нормированных единицах частоты. Применяется к фильтрам IIR. |
F3dB2 | Частота точки 3 дБ ниже значения полосы пропускания для второго среза, заданного в нормированных единицах частоты. Применяется к фильтрам IIR. |
Fc1 | Первая частота отсечки (нормированные единицы частоты), заданная с помощью Fcutoff1. Применяется к фильтрам FIR. |
Fc2 | Вторая частота отсечки (нормированные единицы частоты), заданная с помощью Fcutoff1. Применяется к фильтрам FIR. |
Fp1 | Частота в начале полосы пропускания, указанная как Fpass1 в нормированных частотных единицах. |
Fp2 | Частота в конце полосы пропускания, указанная как Fpass2 в нормированных частотных единицах. |
Fst1 | Частота в конце первой стоп-полосы, указанная как Fstop1 в нормированных частотных единицах. |
Fst2 | Частота в начале второй стоп-полосы, указанная как Fstop2 в нормированных частотных единицах. |
N | Порядок фильтров для фильтров FIR. Или и числитель, и знаменатель для фильтров IIR, когда Na и Nb не предоставляются. Указано с помощью FilterOrder. |
Nb | Порядок нумераторов для фильтров БИХ, указанный с помощью DenOrder собственность. |
Na | Порядок знаменателя для фильтров БИХ, указанный с помощью NumOrder собственность. |
C | Флаг ограниченной области данных. Это позволяет задать пульсацию полосы пропускания или затухание полосы останова для конструкций фиксированного порядка в одной или двух из трех полос. В спецификации |
Графически характеристики фильтра выглядят аналогично показанным на следующем рисунке.
Области между значениями спецификации, например Fp1 и Fst1 - переходные области, в которых отклик фильтра явно не определен.
Методы конструирования, доступные для конструирования фильтра, зависят от выражения спецификации. Эти методы можно получить с помощью designmethods функция. В таблице перечислены все выражения спецификации, поддерживаемые fdesign.bandstop и соответствующие доступные методы проектирования.
| Выражение спецификации | Поддерживаемые методы проектирования |
|---|---|
'Fp1,Fst1,Fst2,Fp2,Ap1,Ast,Ap2' | butter, cheby1, cheby2, ellip, equiripple, kaiserwin |
'N,F3dB1,F3dB2' | butter |
'N,F3dB1,F3dB2,Ap' | cheby1 |
'N,F3dB1,F3dB2,Ap,Ast' | ellip |
'N,F3dB1,F3dB2,Ast' | cheby2, ellip |
'N,F3dB1,F3dB2,BWp' | cheby1 |
'N,F3dB1,F3dB2,BWst' | cheby2 |
'N,Fc1,Fc2' | window |
'N,Fc1,Fc2,Ap1,Ast,Ap2' | fircls |
'N,Fp1,Fp2,Ap' | cheby1 |
'N,Fp1,Fp2,Ap,Ast' | ellip |
'N,Fp1,Fst1,Fst2,Fp2' | iirlpnorm, equiripple, firls |
'N,Fp1,Fst1,Fst2,Fp2,C' | equiripple |
'N,Fp1,Fst1,Fst2,Fp2,Ap' | ellip |
'N,Fst1,Fst2,Ast' | cheby2 |
'Nb,Na,Fp1,Fst1,Fst2,Fp2' | iirlpnorm |
Чтобы создать фильтр, вызовите design функция с одним из этих методов проектирования в качестве входных данных. Вы можете выбрать тип ответа фильтра, передав его 'FIR' или 'IIR' в design функция. Дополнительные сведения см. в разделе design. Войти help(bandstopSpecs,'method') в командной строке MATLAB ® для получения подробной справки по вариантам конструкции для данного метода конструкции ,'method'.
Дополнительные сведения об этой процедуре см. в разделе Процедура проектирования фильтра. Пример см. в разделе Конструкторский фильтр вырубок.
value1,...,valueN - Значения технических условийЗначения спецификации, указанные как список значений, разделенных запятыми. Укажите значение для каждого параметра в spec в том же порядке, в котором параметры отображаются в выражении.
Пример: bandstopSpecs = fdesign.bandstop('N,Fp1,Fst1,Fst2,Fp2,C',n,fp1,fst1,fst2,fp2,c)
Аргументы ниже описывают дополнительные сведения для каждого параметра в выражении.
n - Порядок фильтрацииПорядок фильтров для фильтров FIR, заданный как положительное целое число. В случае конструкции фильтра БИХ, если nb и na не предоставляются, это значение интерпретируется как порядок числителя и порядок знаменателя.
Типы данных: single | double | int8 | int16 | int32 | int64 | uint8 | uint16 | uint32 | uint64
nb - Порядок нумераторов для фильтров БИХПорядок числителя для фильтров IIR, заданный как неотрицательное целое число.
Типы данных: single | double | int8 | int16 | int32 | int64 | uint8 | uint16 | uint32 | uint64
na - Порядок знаменателей для фильтров БИХПорядок знаменателя для фильтров БИХ, заданный как положительное целое число.
Типы данных: single | double | int8 | int16 | int32 | int64 | uint8 | uint16 | uint32 | uint64
c - Флаг ограниченной полосыЭто позволяет задать пульсацию полосы пропускания или затухание полосы останова для конструкций фиксированного порядка в одной или двух из трех полос.
В спецификации 'N,Fp1,Fst1,Fst2,Fp2,C', нельзя одновременно задавать ограничения для всех трех областей (две полосы пропускания и одна полоса останова). Ограничения можно задать в одной или двух областях данных.
Рассмотрим следующую спецификацию проектирования bandstop, в которой обе полосы пропускания ограничены значением по умолчанию, 1 дБ.
Пример: spec = fdesign.bandstop('N,Fp1,Fst1,Fst2,Fp2,C',10,0.35,0.45,0.55,0.65); spec.Passband1Constrained=true; spec.Passband2Constrained=true;
ap - Пульсация полосы пропусканияПульсация полосы пропускания, заданная как положительный скаляр в дБ. Если magunits является 'linear' или 'squared', пульсация полосы пропускания преобразуется и сохраняется в дБ функцией независимо от того, как она была указана.
Указанное ap значение применяется как к первой полосе пропускания, так и ко второй полосе пропускания.
Типы данных: single | double | int8 | int16 | int32 | int64 | uint8 | uint16 | uint32 | uint64
ap1 - Первая пульсация полосы пропускания в дБДопустимая величина пульсации в первой полосе пропускания, заданная как положительный скаляр в дБ. Если magunits является 'linear' или 'squared', первая пульсация полосы пропускания преобразуется и сохраняется в дБ функцией независимо от того, как она была задана.
Типы данных: single | double | int8 | int16 | int32 | int64 | uint8 | uint16 | uint32 | uint64
ap2 - Вторая пульсация полосы пропускания в дБДопустимая величина пульсации во второй полосе пропускания, заданная как положительный скаляр в дБ. Если magunits является 'linear' или 'squared'вторая пульсация полосы пропускания преобразуется и сохраняется в дБ функцией независимо от того, как она была задана.
Типы данных: single | double | int8 | int16 | int32 | int64 | uint8 | uint16 | uint32 | uint64
ast - Затухание полосы останова в дБЗатухание полосы останова, указанное как положительный скаляр в дБ. Если magunits является 'linear' или 'squared'затухание полосы останова преобразуется и сохраняется в дБ функцией независимо от того, как она была задана.
Типы данных: single | double | int8 | int16 | int32 | int64 | uint8 | uint16 | uint32 | uint64
bwp - Ширина полосы пропусканияШирина полосы пропускания фильтра в нормированных частотных единицах, заданная как положительный скаляр.
Типы данных: single | double | int8 | int16 | int32 | int64 | uint8 | uint16 | uint32 | uint64
F3dB1 - Первая частота 3 дБПервая частота 3 дБ, заданная как положительный скаляр в нормированных частотных единицах.
Это частота точки 3 дБ ниже значения полосы пропускания для первого отсечения. Применяется только к фильтрам IIR.
Типы данных: single | double | int8 | int16 | int32 | int64 | uint8 | uint16 | uint32 | uint64
F3dB2 - Вторая частота 3 дБВторая частота 3 дБ, заданная как положительный скаляр в нормированных частотных единицах.
Это частота точки 3 дБ ниже значения полосы пропускания для второго отсечения. Применяется только к фильтрам IIR.
Типы данных: single | double | int8 | int16 | int32 | int64 | uint8 | uint16 | uint32 | uint64
fc1 - Первая частота отсечкиПервая частота отсечки, заданная как положительный скаляр в нормированных частотных единицах.
Применяется только к фильтрам FIR.
Типы данных: single | double | int8 | int16 | int32 | int64 | uint8 | uint16 | uint32 | uint64
fc2 - Вторая частота отсечкиВторая частота отсечки, заданная как положительный скаляр в нормированных частотных единицах.
Применяется только к фильтрам FIR.
Типы данных: single | double | int8 | int16 | int32 | int64 | uint8 | uint16 | uint32 | uint64
fst1 - Первая частота полосы остановаПервая частота полосы останова, заданная как положительный скаляр в нормированных частотных единицах.
Это частота в начале стоп-полосы.
Типы данных: single | double | int8 | int16 | int32 | int64 | uint8 | uint16 | uint32 | uint64
fst2 - Вторая частота полосы остановаВторая частота полосы останова, заданная как положительный скаляр в нормированных частотных единицах.
Это частота в конце стоп-полосы.
Типы данных: single | double | int8 | int16 | int32 | int64 | uint8 | uint16 | uint32 | uint64
fp1 - Первая частота полосы пропусканияПервая частота полосы пропускания, заданная как положительный скаляр в нормированных частотных единицах.
Это частота в конце первой полосы пропускания.
Типы данных: single | double | int8 | int16 | int32 | int64 | uint8 | uint16 | uint32 | uint64
fp2 - Вторая частота полосы пропусканияВторая частота полосы пропускания, заданная как положительный скаляр в нормированных частотных единицах.
Это частота в начале второй полосы пропускания.
Типы данных: single | double | int8 | int16 | int32 | int64 | uint8 | uint16 | uint32 | uint64
Fs - Частота выборкиЧастота дискретизации фильтруемого сигнала, заданная как скаляр в Гц. Укажите частоту дискретизации как скаляр, задающий другие предоставленные числовые значения. Когда Fs предоставляется, Fs принимается в Гц, как и все остальные предоставленные значения частоты. Обратите внимание, что изменять строку спецификации не требуется.
В следующей конструкции строка спецификации имеет значение 'Fp1,Fst1,Fst2,Fp2,Ap1,Ast,Ap2'и частота дискретизации установлена равной 8000 Гц.
bandstopSpecs = fdesign.bandstop('Fp1,Fst1,Fst2,Fp2,Ap1,Ast,Ap2',1600,2000,2400,2800,1,80,.5,8000); filt = design(bandstopSpecs,'Systemobject',true);
Типы данных: single | double | int8 | int16 | int32 | int64 | uint8 | uint16 | uint32 | uint64
magunits - Единицы измерения величины'dB' (по умолчанию) | 'linear' | 'squared'Единицы измерения величины, указанные как 'dB', 'linear', или 'squared'. Если этот аргумент опущен, 'dB' предполагается. Обратите внимание, что параметры величины всегда преобразуются и сохраняются в дБ независимо от того, как они были заданы. Если Fs является одним из входных аргументов, magunits должен быть указан после Fs в списке входных аргументов.
bandstopSpecs - Объект спецификации проектирования полосового фильтраbandstopОбъект спецификации конструкции полосового фильтра, возвращаемый как bandstop объект. Поля объекта зависят от spec входной символьный вектор.
Рассмотрим пример, где spec аргумент имеет значение 'N,Fc1,Fc2', и соответствующие значения устанавливаются как 10, 0.6, и 0.8соответственно. bandstop объект спецификации конструкции фильтра заполняется следующими полями:
fdesign | fdesign.bandpass | fdesign.highpass | fdesign.lowpass