计问题实质上是确定能满足所要求的转移序列或脉冲响应的常数问题，设计方法主要有窗函数法频率采样法和等波纹最佳逼近法等。在对滤波器实际设计时，整个过程的运算量是很大的。例如利用窗函数法设计阶低通滤波器时，首先要根据式计算出理想低通滤波器的单位冲激响应序列，然后根据式计算出个滤波器系数。当滤波器阶数比较高时，计算量比较大，设计过程中改变参数或滤波器类型时都要重新计算。设计完成后对已设计的滤波器的频率响应要进行校核，要得到幅频相频响应特性，运算量也是很大的。我们平时所要设计的数字滤波器，阶数和类型并不定是完全给定的，很多时候都是要根据设计要求和滤波效果不断的调整，以达到设计的最优化。在这种情况下，滤波器的设计就要进行大量复杂的运算，单纯的靠公式计算和编制简单的程序很难在短时间内完成设计。利用强大的计算功能进行计算机辅助设计，可以快速有效的设计数字滤波器，大大的简化了计算量，直观简便。数字滤波器的窗函数设计法设理想带阻滤波器频率响应为利用窗函数，设计长度为的阻带滤波器，使阻带衰减为。参数可由式确定其中。程序如下，，频率归化幅度带阻滤波器幅频特性实现如图所示。图带阻滤波器幅频特性界面设计是信号处理工具箱里专用的滤波器设计分析工具，以上的版本还专门增加了滤波器设计工具箱。可以设计几乎所有的基本的常规滤波器，包括和的各种设计方法。它操作简单，方便灵活。在命令窗口输入后回车就会弹出界面。界面总共分两大部分，部分是，在界面的下半部，用来设置滤波器的设计参数，另部分则是特性区，在界面的上半部分，用来显示滤波器的各种特性。部分主要分为滤波器类型选项，包括低通高通带通带阻和特殊的滤波器。设计方法选项，包括滤波器的巴特沃思法切比雪夫型法切比雪夫型法椭圆滤波器法和滤波器的法最小乘方法窗函数法。滤波器阶数选项，定义滤波器的阶数，包括指定阶数和最小阶数。在中填入所要设计的滤波器的阶数阶滤波器如果选择则根据所选择的滤波器类型自动使用最小阶数。选项，可以详细定义频带的各参数，包括采样频率和频带的截止频率。它的具体选项由选项和选项决定，例如带通滤波器需要定义下阻带截止频率通带下限截止频率通带上限截止频率上阻带截止频率，而低通滤波器只需要定义。采用窗函数设计滤波器时，由于过渡带是由窗函数的类型和阶数所决定的，所以只需要定义通带截止频率，而不必定义阻带参数。选项，可以定义幅值衰减的情况。例如设计带通滤波器时，可以定义频率处的幅值衰减通带范围内的幅值衰减频率处的幅值衰减。当采用窗函数设计时，通带截止频率处的幅值衰减固定为，所以不必定义。选项，当选取采用窗函数设计时，该选项可定义，它包含了各种窗函数。带通滤波器设计实例在小电流接地系统中注入的正弦信号，对其进行跟踪分析，要求设计带计滤波器，这为设计通用滤波器提供了方便。设计滤波器用函数，可以设计低通高通带通和带阻的数字和模拟滤波器，其特性是通带内的幅度响应最大限度的平滑，但损失了截止频率处的下降斜度。设计型滤波器用函数。可以设计低通高通带通和带阻的数字和模拟型滤披器，其通带内为等波纹，阻带内为单调。型滤波器的下降斜度比型大，但其代价是通带内波纹较大。设计型滤波器用函数。可以设计低通高通带通和带阻的数字和模拟型滤波器，其通带内为单调，阻带内等波纹。型滤波器的下降斜度比型小，但其阻带内波纹较大。设计椭圆滤波器用函数，与，类似，可以设计低通高通带通和带阻的数字和模拟滤波器。与和滤波器相比，函数可以得到下降斜度更大的滤波器，得到通带和阻带均为等波纹。般情况下，椭圆滤波器能以最低的阶实现指定的性能指标。直接设计法直接设计方法的思想是基于给定的滤波器参数直接在离散域上寻找合适的数字滤波器，他不限于常规的滤波器类型，如低通高通带通和带阻等。这种方法甚至可以设计多带的频率响应，提供函数用于辅助设计。通用设计方法使用这种方法设计的数字滤波器可以有不同数目的零点和极点，提供的函数实现了这功能。这个函数与函数很相似，但他可以指定两个阶参数，其中归化和非归化各个。如果这两个参数的值相同，那么他与函数的结果就是相同的。参数建模法寻找接近于所需要设计的滤波器的通用模型，时域上的建模函数为频域上的建模函数有和。典型数字滤波器的设计双线性变换法为了克服冲激响应不变法的频率混叠现象，需要使平面与平面建立对应的单值映射关系，即求出，然后将它带入，就可以求得，即为了克服多值映射这缺点，我们首先把整个平面压缩变换到中介的平面的条横带里，其次再通过上面讨论过的标准变换关系将此横带变换到整个平面上去，这样就使平面与平面是对应的关系，消除了多值变换性，也就消除了频谱混叠现象。例如试用双线性变换法设计个Ⅱ高通滤波器，使其幅频特性逼近个具有以下技术指标的模拟Ⅱ高通滤波器，，在处的最小衰减为，在处的最大衰减不超过，抽样频率为。程序为，频率幅值Ⅱ高通滤波器的频率响应如图所示。图Ⅱ高通滤波器的频率响应可以看到经过离散采样数字滤波后分离出了的频率分量。之所以选取上面的叠加信号作为原始信号，是由于在实际工作中是要对已经经过差分滤波的信号进步做带通滤波，信号的各分量基本同致，可以反映实际的情况。本例设计的滤波器已在实际工作中应用，取得了不错的效果。结论采用设计滤波器，使原来非常繁琐复杂的程序设计变成了简单的函数调用，为滤波器的设和实现开辟了广阔的天地，尤其是工具箱使各个领域的研究人员可以直观方便地进行科学研究与工程应用。其中的信号处理工具箱图像处理工具箱小波工具箱等更是为数字滤波研究的蓬勃发展提供了可能。信号处理工具箱为滤波器设计及分析提供了非常优秀的辅助设计工具，在设计数字滤波器时，善于应用进行辅助设计，能够大大提高设计效率。参考文献陈德树计算机继电保护原理与技术北京水利电力出版社，蒋志凯数字滤波与卡尔曼滤波北京中国科学技术出版社，楼顺天李博菡基于的系统分析与设计信号处理西安西安电子董长虹等信号处理与应用北京国防工业出版社，美海因斯著通数字滤波器，滤除工频及整次谐波，以便在非常复杂的信号中分离出该注入信号。参数要求阶数字滤波器，采样频率，采用窗函数设计。首先在中选择带通滤波器在选项中选择滤波器窗函数法，接着在选项中选取指定项中的由于采用窗函数法设计，只要给出通带下限截止频率和通带上限截止频率，选取，。设置完以后点击即可得到所设计的滤波器。通过菜单选项可以在特性区看到所设计滤波器的幅频响应相频响应零极点配置和滤波器系数等各种特性。设计完成后将结果保存为图文件。图文件在设计过程中，可以对比滤波器幅频相频特性和设计要求，随时调整参数和滤波器类型，以便得到最佳效果。其它类型的滤波器和滤波器也都可以使用来设计。在中按。在中按。图滤波器幅频和相频响应特性区与其他高级语言的程序设计相比，环境下可以更方便快捷地设计出具有严格线性相位的滤波器，节省大量的编程时间，提高编程效率，且参数的修改也十分方便还可以进步进行优化设计，相信随着版本的不断更新，在数字滤波器技术中必将发挥更大的作用高通滤波器的设计实例用窗函数设计高通滤波器，性能指标如下通带截止频率，阻带截止频率，实际通带波动，最小阻带衰减。分析凯泽窗能提供的最小阻带衰减，所以选用凯泽窗进行设计，程序主要部分如下计算过渡带宽按凯泽窗计算滤波器长度滤波器的长度为，计算凯泽窗的值线性相位斜率为，求凯泽窗函数求理想脉冲响应设计的脉冲响应为理想脉冲响应与窗函数乘积实际通带波动为，以下为作图程序最小阻带衰减为理想脉冲响应凯泽窗实际脉冲响应幅度响应以为单位的频率分贝数程序运行结果如图所示。实际通带波动为，最小阻带衰减为，滤波器长度为，线性相位斜率为，符合设计要求。图凯泽窗设计的高通滤波器响应曲线数字滤波器的设计数字滤波器的设计方法数字滤波器最大的优点是给定组指标时，他的阶数要比相同组的滤波器的低得多。基于的滤波器的设计方法主要有完全设计法模拟原型设计法和直接设计法等。模拟原型法采用经典低通滤波器作为连续域上的设计模型，通过频域变换得到数字滤波器，最后还要进行离散化处理。提供的低通模拟滤波器原型函数包括，频域变换函数包括，离散化处理函数有和。完全设计法信号处理工具箱提供了几个直接设计数字滤波器的函数，直接调用就可以设挥很好的作用。其它新型滤波器电控编程横向滤波器电荷耦合器固定加权的横向滤波器在信号处理中，其性能和造价均可与数字滤波器和各种信号处理部件媲美。这种滤波器主要用于自适应滤波序列和波形的匹配滤波通用化的频域滤波器以及作相关褶积运算语音信号和相位均衡相阵系统的波束合成和电视信号的重影消除等。晶体滤波器它是适应单边带技术而发展起来的。在年代，集成晶体滤波器的产生，使它发展产生个飞跃，近十年来，对晶体滤波器致力于下面些研究实现最佳设计，除具有优良的选择外，还具有良好的时域响应寻求新型材料扩展工作频率改造工艺，使其向集成化发展。它广泛应用于多路复用系统中作为载波滤波器，在收发信中单边带通信机中作为选频滤波器，在频谱分析仪和声纳装置中作为中频滤波器。声表面波滤波器它是理想的超高频器件。它的幅频特性和相位特性可以分别控制，以达到要求，体积小，长时间稳定性好和工艺简单。通常应用于电视广播发射机中作为残留边带滤波器彩色电视接收机中调谐系统的表面梳形滤波器，此外，在国防卫星通信系统中已广泛采用。声表面波滤波器是电子学和声学相结合的产物，而且可以集成。所以，它在所有无源滤波器中最有发展前途。简介