Объект спецификации создания фильтра Bandpass
fdesign.bandpass функция возвращает a bandpass объект спецификации создания фильтра, который содержит спецификации для фильтра, такие как частота полосы пропускания, частота полосы задерживания, неравномерность в полосе пропускания и порядок фильтра. Используйте design функция для разработки фильтра из объекта спецификаций создания фильтра.
Дополнительные опции управления см. в разделе Процедура создании фильтра. Полный рабочий процесс см. в проекте фильтра в Fdesign - Обзор процесса.
bandpassSpecs = fdesign.bandpass
Частота первого диапазона остановки установлена на 0,35.
Первая ширина полосы пропускания установлена на 0,45.
Частота второго полосы пропускания составляет 0,55.
Частота второго диапазона остановки установлена на 0,65.
Сначала затухание в полосе задерживания 60 дБ.
Неравномерность в полосе пропускания установлена на 1dB.
Второе затухание в полосе задерживания установлено на 60 дБ.
bandpassSpecs = fdesign.bandpass(spec,value1,...,valueN)spec. После выражения задайте значение для каждой опции. Если вы не задаете значения после spec аргумент, функция принимает значения по умолчанию.
bandpassSpecs = fdesign.bandpass(___,Fs)Fs должен быть задан как скаляр, завершающий другие предоставленные числовые значения. В этом случае все частоты в спецификациях также находятся в Гц.
Спецификация проекта fdesign.bandpass('Fst1,Fp1,Fp2,Fst2,Ast1,Ap,Ast2',.4,.5,.6,.7,60,1,80) проектирует тот же фильтр, что и fdesign.bandstop('Fst1,Fp1,Fp2,Fst2,Ast1,Ap,Ast2',1600,2000,2400,2800,60,1,80,8000)
bandpassSpecs = fdesign.bandpass(___,magunits)magunits может быть одним из следующих: 'linear', 'dB', или 'squared'. Если этот аргумент опущен, объект принимает, что модули спецификации величины 'dB'. Спецификации величины всегда преобразуются и хранятся в децибелах независимо от того, как они были заданы. Если Fs предусмотрено, magunits должен следовать Fs в списке входных параметров.
Спроектируйте фильтр равновесия конечной импульсной характеристики ограниченным диапазоном порядка 100 с полосой пропускания [1, 1,4] кГц. Оба значения затухания в полосе задерживания ограничены 60 дБ. Частота дискретизации составляет 10 кГц.
Создайте bandpass отфильтровать объект спецификации проекта с помощью fdesign.bandpass и задайте эти расчётные параметры.
bandpassSpecs = fdesign.bandpass('N,Fst1,Fp1,Fp2,Fst2,C',100,800,1e3,1.4e3,1.6e3,1e4);Ограничьте две области значений затухания в полосе задерживания 60 дБ.
bandpassSpecs.Stopband1Constrained = true; bandpassSpecs.Astop1 = 60; bandpassSpecs.Stopband2Constrained = true; bandpassSpecs.Astop2 = 60;
Проектируйте полосно-пропускающий фильтр, используя design функция. Получившийся фильтр является dsp.FIRFilter Системные object™. Для получения дополнительной информации о том, как применить этот фильтр к потоковым данным, см. dsp.FIRFilter.
bandpassFilt = design(bandpassSpecs,'Systemobject',true)bandpassFilt =
dsp.FIRFilter with properties:
Structure: 'Direct form'
NumeratorSource: 'Property'
Numerator: [1x101 double]
InitialConditions: 0
Show all properties
Визуализируйте частотную характеристику проектируемого фильтра используя fvtool.
fvtool(bandpassFilt)
Измерьте характеристики частотной характеристики фильтра, используя measure. Размер неравномерности в полосе пропускания немного превышает 2 дБ. Поскольку проект ограничивает обе области данных, вы не можете ограничивать неравномерность в полосе пропускания.
measure(bandpassFilt)
ans = Sample Rate : 10 kHz First Stopband Edge : 800 Hz First 6-dB Point : 946.7621 Hz First 3-dB Point : 975.1807 Hz First Passband Edge : 1 kHz Second Passband Edge : 1.4 kHz Second 3-dB Point : 1.4248 kHz Second 6-dB Point : 1.4533 kHz Second Stopband Edge : 1.6 kHz First Stopband Atten. : 60.0614 dB Passband Ripple : 2.1443 dB Second Stopband Atten. : 60.0399 dB First Transition Width : 200 Hz Second Transition Width : 200 Hz
Создайте полосно-пропускной фильтр Butterworth БИХ. Процедура создания фильтра:
Задайте спецификации создания фильтра с помощью fdesign функция.
Выберите метод проектирования, предоставленный designmethods функция.
Чтобы определить доступные опции проекта для выбора, используйте designoptions функция.
Проектируйте фильтр с помощью design функция.
Создайте полосу пропускания создания фильтра объекта спецификации по умолчанию с помощью fdesign.bandpass.
bandpassSpecs = fdesign.bandpass
bandpassSpecs =
bandpass with properties:
Response: 'Bandpass'
Specification: 'Fst1,Fp1,Fp2,Fst2,Ast1,Ap,Ast2'
Description: {7x1 cell}
NormalizedFrequency: 1
Fstop1: 0.3500
Fpass1: 0.4500
Fpass2: 0.5500
Fstop2: 0.6500
Astop1: 60
Apass: 1
Astop2: 60
Определите доступные designmetods с помощью designmethods функция. Чтобы спроектировать фильтр Баттерворта, выберите butter.
designmethods(bandpassSpecs,'Systemobject',true)Design Methods that support System objects for class fdesign.bandpass (Fst1,Fp1,Fp2,Fst2,Ast1,Ap,Ast2): butter cheby1 cheby2 ellip equiripple kaiserwin
При разработке фильтра можно задать дополнительные опции проекта. Просмотр списка опций с помощью designoptions функция. Функция также показывает опции проекта по умолчанию, используемые фильтром.
designoptions(bandpassSpecs,'butter')ans = struct with fields:
FilterStructure: {1x6 cell}
SOSScaleNorm: 'ustring'
SOSScaleOpts: 'fdopts.sosscaling'
MatchExactly: {'passband' 'stopband'}
SystemObject: 'bool'
DefaultFilterStructure: 'df2sos'
DefaultMatchExactly: 'stopband'
DefaultSOSScaleNorm: ''
DefaultSOSScaleOpts: [1x1 fdopts.sosscaling]
DefaultSystemObject: 0
Используйте design функция для разработки фильтра. Передайте 'butter' и спецификации, заданные переменными bandpassSpecs, как входные параметры. Задайте 'matchexactly' опция проекта для 'passband'.
bpFilter = design(bandpassSpecs,'butter','matchexactly','passband','SystemObject',true)
bpFilter =
dsp.BiquadFilter with properties:
Structure: 'Direct form II'
SOSMatrixSource: 'Property'
SOSMatrix: [7x6 double]
ScaleValues: [8x1 double]
InitialConditions: 0
OptimizeUnityScaleValues: true
Show all properties
Визуализация частотной характеристики проектируемого фильтра.
fvtool(bpFilter)
Полосу пропускания фильтруют дискретный сигнал синусоиды, который состоит из трех синусоидов на частотах, 1 кГц, 10 кГц и 15 кГц.
Спроектируйте полосно-пропускной фильтр Конечную Импульсную Характеристику Equiripple, сначала создав объект спецификаций полосно-пропускающего фильтра, а затем разработав фильтр, используя эти спецификации.
Проектирование Полосового Фильтра
Создайте объект созданий фильтра с помощью fdesign.bandpass.
bandpassSpecs = fdesign.bandpass('Fst1,Fp1,Fp2,Fst2,Ast1,Ap,Ast2', ... 1/4,3/8,5/8,6/8,60,1,60);
Список доступных методов проекта для этого объекта.
designmethods(bandpassSpecs)
Design Methods for class fdesign.bandpass (Fst1,Fp1,Fp2,Fst2,Ast1,Ap,Ast2): butter cheby1 cheby2 ellip equiripple kaiserwin
Чтобы спроектировать фильтр Equiripple, выберите 'equiripple'.
bpFilter = design(bandpassSpecs,'equiripple','Systemobject',true)
bpFilter =
dsp.FIRFilter with properties:
Structure: 'Direct form'
NumeratorSource: 'Property'
Numerator: [1x37 double]
InitialConditions: 0
Show all properties
Визуализация частотной характеристики проектируемого фильтра.
fvtool(bpFilter,'Fs',44100)
Создайте синусоидальный сигнал
Создайте сигнал, который является суммой трех синусоидов с частотами на 1 кГц, 10 кГц и 15 кГц. Инициализируйте анализатор спектра, чтобы просмотреть исходный сигнал и отфильтрованный сигнал.
Sine1 = dsp.SineWave('Frequency',1e3,'SampleRate',44.1e3,'SamplesPerFrame',4000); Sine2 = dsp.SineWave('Frequency',10e3,'SampleRate',44.1e3,'SamplesPerFrame',4000); Sine3 = dsp.SineWave('Frequency',15e3,'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','Bandpass filtered signal'};
Фильтрация синусоидального сигнала
Фильтрация синусоидального сигнала с помощью полосно-пропускающего фильтра, который был разработан. Просмотрите исходный сигнал и отфильтрованный сигнал в анализаторе спектра. Тон при 1 кГц отфильтровывают и ослабляют. Тон с частотой 10 кГц не влияет, и тон с частотой 15 кГц незначительно ослабляется, потому что он появляется в переходной полосе фильтра.
for i = 1 : 1000 x = Sine1()+Sine2()+Sine3(); y = bpFilter(x); SpecAna(x,y); end release(SpecAna)
spec - Спецификации'Fst1,Fp1,Fp2,Fst2,Ast1,Ap,Ast2' (по умолчанию) | 'N,F3dB1,F3dB2' | 'N,F3dB1,F3dB2,Ap' | ...Выражение спецификации, заданное как один из следующих векторов символов:
'Fst1,Fp1,Fp2,Fst2,Ast1,Ap,Ast2' (по умолчанию)
'N,F3dB1,F3dB2'
'N,F3dB1,F3dB2,Ap'
'N,F3dB1,F3dB2,Ast'
'N,F3dB1,F3dB2,Ast1,Ap,Ast2'
'N,F3dB1,F3dB2,BWp'
'N,F3dB1,F3dB2,BWst'
'N,Fc1,Fc2'
'N,Fc1,Fc2,Ast1,Ap,Ast2'
'N,Fp1,Fp2,Ap'
'N,Fp1,Fp2,Ast1,Ap,Ast2'
'N,Fst1,Fp1,Fp2,Fst2'
'N,Fst1,Fp1,Fp2,Fst2,C'
'N,Fst1,Fp1,Fp2,Fst2,Ap'
'N,Fst1,Fst2,Ast'
'Nb,Na,Fst1,Fp1,Fp2,Fst2'
Эта таблица описывает каждую опцию, которая может появиться в выражении.
| Опция спецификации | Описание |
|---|---|
Ap | Количество пульсации, допустимое в полосе пропускания, указывается как Apass в дБ. |
Ast | Затухание в полосе задерживания (дБ), заданное с помощью Astop. |
Ast1 | Ослабление в первой области значений (дБ), заданное с помощью Astop1. |
Ast2 | Ослабление во второй области значений (дБ), заданное с помощью Astop2. |
BWp | Шумовая полоса полосы пропускания фильтра, заданная как BWpass в нормированных частотных модулях. |
BWst | Ширина частоты между двумя частотами стоп-полосы, заданная как BWstop в нормированных частотных модулях. |
F3dB1 | Частота точки 3 дБ ниже значения полосы пропускания для первого среза, заданная в нормированных частотных модулях. Применяется к БИХ. |
F3dB2 | Частота точки 3 дБ ниже значения полосы пропускания для второго среза, заданная в нормированных частотных модулях. Применяется к БИХ. |
Fc1 | Первая частота отсечения (нормированные модули), заданная с помощью Fcutoff1. Применяется к конечная импульсная характеристика. |
Fc2 | Вторая частота отсечения (нормированные модули), заданная с помощью Fcutoff1. Применяется к конечная импульсная характеристика. |
Fp1 | Частота на краю начала полосы пропускания, заданная как Fpass1 в нормированных частотных модулях. |
Fp2 | Частота на краю конца полосы пропускания, заданная как Fpass2 в нормированных частотных модулях. |
Fst1 | Частота на краю конца первой упорной полосы, заданная как Fstop1 в нормированных частотных модулях. |
Fst2 | Частота на краю начала второй упорной полосы, заданная как Fstop2 в нормированных частотных модулях. |
N | Порядок фильтрации для конечной импульсной характеристики фильтров. Или как числитель, так и порядки знаменателя для БИХ при Na и Nb не предусмотрены. Задается с использованием FilterOrder. |
Nb | Порядок числителя для БИХ, заданный с помощью NumOrder свойство. |
Na | Порядок знаменателя для БИХ, заданный с помощью DenOrder свойство. |
C | Флаг полосы. Это позволяет вам задать неравномерность в полосе пропускания или затухание в полосе задерживания для проектов фиксированного порядка в одной или двух из трех полос. Для получения дополнительной информации смотрите |
Графически спецификации фильтра выглядят аналогично показанным на этом рисунке.
Области между значениями спецификации, такими как Fst1 и Fp1 являются переходными областями, где реакция фильтра явным образом не задана.
Методы проекта, доступные для разработки фильтра, зависят от выражения спецификации. Вы можете получить эти методы, используя designmethods функция. В этой таблице перечислены каждое выражение спецификации, поддерживаемое fdesign.bandpass и доступные соответствующие методы проекта.
| Выражение спецификации | Поддерживаемые методы проекта |
|---|---|
'Fst1,Fp1,Fp2,Fst2,Ast1,Ap,Ast2' | butter, cheby1, cheby2, ellip, equiripple, kaiserwin |
'N,F3dB1,F3dB2' | butter |
'N,F3dB1,F3dB2,Ap' | cheby1 |
'N,F3dB1,F3dB2,Ast' | cheby2, ellip |
'N,F3dB1,F3dB2,Ast1,Ap,Ast2' | ellip |
'N,F3dB1,F3dB2,BWp' | cheby1 |
'N,F3dB1,F3dB2,BWst' | cheby2 |
'N,Fc1,Fc2' | window |
'N,Fc1,Fc2,Ast1,Ap,Ast2' | fircls |
'N,Fp1,Fp2,Ap' | cheby1 |
'N,Fp1,Fp2,Ast1,Ap,Ast2' | ellip |
'N,Fst1,Fp1,Fp2,Fst2' | iirlpnorm, equiripple, firls |
'N,Fst1,Fp1,Fp2,Fst2,C' | equiripple |
'N,Fst1,Fp1,Fp2,Fst2,Ap' | ellip |
'N,Fst1,Fst2,Ast' | cheby2 |
'Nb,Na,Fst1,Fp1,Fp2,Fst2' | iirlpnorm |
Чтобы спроектировать фильтр, вызовите design функция с одним из этих методов проекта в качестве входов. Вы можете выбрать тип фильтра отклика путем передачи 'FIR' или 'IIR' в design функция. Для получения дополнительной информации см. design. Введите help(bandpassSpecs,'method') в MATLAB® командная строка для получения подробной справки по опциям проекта для данного метода проекта.
value1,...,valueN - Значения спецификацийЗначения спецификации, заданные как разделенный списками , разделенными запятыми значений. Задайте значение для каждой опции в spec в том же порядке, в котором опции появляются в выражении.
Пример: bandpassSpecs = fdesign.bandpass('N,Fc1,Fc2,Ast1,Ap,Ast2',n,fc1,fc2,ast1,ap,ast2)
Приведенные ниже входные параметры содержат более подробную информацию для каждой опции выражения.
n - Порядок фильтрацииПорядок фильтрации для конечная импульсная характеристика, заданный как положительное целое число. В случае БИХ создания фильтра, если nb и na не предусмотрены, это значение интерпретируется как порядок числителя и порядок знаменателя.
Типы данных: single | double | int8 | int16 | int32 | int64 | uint8 | uint16 | uint32 | uint64
nb - Порядок числителя для БИХПорядок числителя для БИХ, заданный как неотрицательное целое число.
Типы данных: single | double | int8 | int16 | int32 | int64 | uint8 | uint16 | uint32 | uint64
na - порядок знаменателя для БИХПорядок знаменателя для БИХ, заданный как положительное целое число.
Типы данных: single | double | int8 | int16 | int32 | int64 | uint8 | uint16 | uint32 | uint64
c - Флаг ограниченной полосыЭто позволяет вам задать неравномерность в полосе пропускания или затухание в полосе задерживания для проектов фиксированного порядка в одной или двух из трех полос.
В спецификации 'N,Fst1,Fp1,Fp2,Fst2,C', вы не можете задать ограничения для всех трех полос (двух стоповых полос и одного полосы пропускания) одновременно. Можно задать ограничения в любой одной или двух полосах.
Рассмотрим следующую спецификацию проекта полосы пропускания, в которой обе полосы остановки ограничены значением по умолчанию 60 дБ.
Пример: spec = fdesign.bandpass('N,Fst1,Fp1,Fp2,Fst2,C',100,800,1e3,1.4e3,1.6e3,1e4); spec.Stopband1Constrained=true; spec.Stopband2Constrained=true;
ap - Неравномерность в полосе пропусканияНеравномерность в полосе пропускания, заданная как положительная скалярная величина в дБ. Если magunits является 'linear' или 'squared', неравномерность в полосе пропускания преобразуется и хранится в дБ функцией независимо от того, как она была задана.
Типы данных: single | double | int8 | int16 | int32 | int64 | uint8 | uint16 | uint32 | uint64
ast - Затухание в полосе задерживанияЗатухание в полосе задерживания, заданная как положительная скалярная величина в дБ. Если magunits является 'linear' или 'squared', затухание в полосе задерживания преобразуется и хранится в дБ функцией независимо от того, как она была задана.
Типы данных: single | double | int8 | int16 | int32 | int64 | uint8 | uint16 | uint32 | uint64
ast1 - Ослабление первой полосы остановкиОслабление в первой области значений, заданное как положительная скалярная величина в дБ. Если magunits является 'linear' или 'squared'первое затухание в полосе задерживания преобразуется и сохраняется в дБ функцией независимо от того, как это было задано.
Типы данных: single | double | int8 | int16 | int32 | int64 | uint8 | uint16 | uint32 | uint64
ast2 - Второе затухание в полосе задерживанияОслабление во втором диапазоне остановок, заданное как положительная скалярная величина в дБ. Если magunits является 'linear' или 'squared'второе затухание в полосе задерживания преобразуется и сохранено в дБ функцией независимо от того, как это было задано.
Типы данных: single | double | int8 | int16 | int32 | int64 | uint8 | uint16 | uint32 | uint64
F3dB1 - Первая частота 3 дБПервая частота 3 дБ, заданная как положительная скалярная величина в нормализованных частотных модулях.
Это частота точки 3 дБ ниже значения полосы пропускания для первого отключения. Этот входной параметр применяется только к БИХ.
Типы данных: single | double | int8 | int16 | int32 | int64 | uint8 | uint16 | uint32 | uint64
F3dB2 - Вторая частота 3 дБВторая частота 3 дБ, заданная как положительная скалярная величина в нормализованных частотных модулях.
Это частота точки 3 дБ ниже значения полосы пропускания для второго среза. Этот входной параметр применяется только к БИХ.
Типы данных: single | double | int8 | int16 | int32 | int64 | uint8 | uint16 | uint32 | uint64
fc1 - Первая частота отключенияПервая частота отсечения, заданная как положительная скалярная величина в нормированных частотных модулях.
Этот входной аргумент применяется только к конечной импульсной характеристике фильтрам.
Типы данных: single | double | int8 | int16 | int32 | int64 | uint8 | uint16 | uint32 | uint64
fc2 - Вторая частота отключенияВторая частота отсечения, заданная как положительная скалярная величина в нормированных частотных модулях.
Этот входной аргумент применяется только к конечной импульсной характеристике фильтрам.
Типы данных: single | double | int8 | int16 | int32 | int64 | uint8 | uint16 | uint32 | uint64
fst1 - Частота первой полосы остановкиПервая частота полосы остановки, заданная как положительная скалярная величина в нормализованных частотных модулях.
Это частота на краю конца первой полосы значений.
Типы данных: single | double | int8 | int16 | int32 | int64 | uint8 | uint16 | uint32 | uint64
fst2 - Вторая частота полосы упораВторая частота полосы остановки, заданная как положительная скалярная величина в нормализованных частотных модулях.
Это частота на краю начала второй полосы значений.
Типы данных: single | double | int8 | int16 | int32 | int64 | uint8 | uint16 | uint32 | uint64
fp1 - Частота первой полосы пропусканияПервая ширина полосы пропускания, заданная как положительная скалярная величина в нормализованных частотных модулях.
Это частота на краю начала первой полосы пропускания.
Типы данных: single | double | int8 | int16 | int32 | int64 | uint8 | uint16 | uint32 | uint64
fp2 - Вторая частота полосы пропусканияВторая ширина полосы пропускания, заданная как положительная скалярная величина в нормализованных частотных модулях.
Это частота на краю конца полосы пропускания.
Типы данных: single | double | int8 | int16 | int32 | int64 | uint8 | uint16 | uint32 | uint64
bwp - Ширина полосы пропусканияШумовая полоса полосы пропускания фильтра в нормированных частотных модулях, заданная как положительная скалярная величина меньше F3dB2− <reservedrangesplaceholder0>.
Типы данных: single | double | int8 | int16 | int32 | int64 | uint8 | uint16 | uint32 | uint64
bwst - Ширина частоты между частотами стоп-диапазонаШирина частоты между двумя частотами стопового диапазона, заданная как положительная скалярная величина в нормализованных частотных модулях.
Типы данных: single | double | int8 | int16 | int32 | int64 | uint8 | uint16 | uint32 | uint64
Fs - Частота дискретизацииЧастота дискретизации фильтруемого сигнала в виде скаляра в Гц. Задайте частоту дискретизации как скаляр, завершающий другие предоставленные числовые значения. Когда Fs предусмотрено, Fs принято в Гц, как и все другие значения частоты. Обратите внимание, что вы не должны изменять строку спецификации.
Следующий проект имеет строку спецификации, установленную на 'Fst1,Fp1,Fp2,Fst2,Ast1,Ap,Ast2', и частота дискретизации, установленная на 8000 Гц.
bandpassSpecs = fdesign.bandpass('Fst1,Fp1,Fp2,Fst2,Ast1,Ap,Ast2',1600,2000,2400,2800,60,1,80,8000); filt = design(bandpassSpecs,'Systemobject',true);
Типы данных: single | double | int8 | int16 | int32 | int64 | uint8 | uint16 | uint32 | uint64
magunits - модули величины'dB' (по умолчанию) | 'linear' | 'squared'Модули спецификации величины, заданные как 'dB', 'linear', или 'squared'. Если этот аргумент опущен, объект принимает, что модули величины 'dB'. Обратите внимание, что спецификации величины всегда преобразуются и хранятся в дБ независимо от того, как они были заданы. Если Fs является одним из входных параметров, magunits должен быть задан после Fs в списке входных параметров.
bandpassSpecs - Объект спецификации проекта полосно-пропускающего фильтраbandpassОбъект спецификации создания фильтра Bandpass, возвращенный как bandpass объект. Поля объекта зависят от spec входной вектор символов.
Рассмотрим пример, где spec для аргумента задано значение 'N,Fc1,Fc2', и соответствующие значения установлены в 10, 0.6, и 0.8, соответственно. The bandpass объект спецификации создания фильтра заполнен следующими полями:
fdesign | fdesign.bandstop | fdesign.highpass | fdesign.lowpass