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随着数字时代的到来和信息技术的不断进步,数字信号处理技术日益受到了人们的广泛关注,其理论及算法也随着计算机技术和微电子技术的发展得到了飞速发展,并被广泛应用于各个领域。而数字滤波技术是数字信号处理的核心技术,而FIR数字滤波器因其严格的线性相位、稳定等特点而广泛应用于数字信号处理的各个领域。同时DSP(数字信号处理器)的出现和迅速发展也促进了数字滤波器的发展,并为数字滤波器的硬件实现提供了更多的选择。DSP是一种处理数字信号的专用微处理器,主要应用于实时快速的实现各种信号的数字处理算法。它在结构上针对数字信号处理的特点进行了改进和优化,并增加了特殊的指令专门用于数字处理,因而处理速度更快,效率更高。
实际信号滤波过程中,由于信号的频率可能产生变化,因此,根据信号的频率特性自主选择合适的滤波器可望取得较好的效果。从目前提出的算法来看,自适应滤波器设计是该领域最为活跃的分支。自适应滤波器能够自动调整自己的参数,以达到最佳滤波效果。但是其算法相对复杂,速度较慢,在一些信号缓变的应用场合,可以采用对信号进行分段滤波的方法近似实现这一复杂的计算,达到同样的自适应滤波的效果。例如跳频电台的信号就是在不断跳变的若干频率点上传送信号,由于每一个频率点的信号的频率特性是固定的,因此可以根据载波的跳变情况自适应的进行分段,对每段信号进行频谱分析掌握其频谱分布,然后根据该频谱分析情况来改变滤波器的滤波参数,选择相应的滤波器对其进行滤波。这种思路,正是短时傅里叶变换以及小波变换等局部滤波方法产生的因为。
基于上述分析,本论文进行如下工作:首先应用MATLAB软件设计FIR低通、带通数字滤波器,计算滤波器的系数,研究算法的可行性,并对所设计的滤波器进行仿真,同时应用MATLAB软件进行了频谱分析的仿真分析;然后,综合设计了信号的自适应滤波系统,并用MATLAB进行了仿真;最后,应用DSP集成开发环境-CCS调试程序,用TYMS320C5416来实现了FIR低通数字滤波和频谱分析。具体工作包括:对频谱分析的基本理论进行了研究和探讨,主要研究了快速傅立叶分析(FFT);对FIR数字滤波器的基本理论进行了分析和探讨,包括FIR数字滤波器的结构、表示方法和FIR滤波器的窗函数设计方法。采用MATLAB软件对FIR低通数字滤波器和FIR带通数字滤波器进行前期的设计和仿真:采用MATLAB软件对输入信号首先进行了分段频谱分析,得到了输入信号的频谱,然后利用设计好的一组滤波器对其完成滤波,得到了滤波前后的比较图;综合完成了信号的分段自适应滤波系统仿真。最后系统介绍了TI公司TMS320C54x系列数字信号处理器的硬件结构、性能特点和DSP的集成开发环境CCS。在CCS软件上,用窗函数法设计实现了FIR低通数字滤波器,同时完成了信号的频谱分析。