基于MATLAB的數(shù)字信號處理課程教學(xué)研究

摘 要 針對數(shù)字信號處理課程理論性強、概念抽象、公式繁雜、學(xué)生不易掌握等特點，在理論課講授過程中引入MATLAB仿真軟件，用仿真圖直觀地演示出來，使學(xué)生加深對相關(guān)概念的理解和掌握。文章中以窗函數(shù)法設(shè)計FIR數(shù)字濾波器為例，說明MATLAB仿真軟件在數(shù)字信號處理課程教學(xué)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞 數(shù)字信號處理 MATLAB 窗函數(shù) FIR數(shù)字濾波器

中圖分類號：G424 文獻標(biāo)識碼：A

0 引言

MATLAB①已經(jīng)成為數(shù)字信號處理應(yīng)用中分析和仿真設(shè)計的主要工具。軟件提供了數(shù)字信號處理工具箱，為數(shù)字信號處理課程及實驗的仿真提供了方便。該軟件語句簡練、編程簡單、使用方便，可以很方便地進行信號分析、處理和設(shè)計。

1 基于MATLAB的數(shù)字信號處理

數(shù)字濾波器的設(shè)計是數(shù)字信號處理課程中的主要內(nèi)容，利用MATLAB可以方便地對數(shù)字信號處課程中的理論、算法進行仿真設(shè)計。下面就利用FIR的窗函數(shù)法，設(shè)計數(shù)字濾波器，以說明MATLAB在數(shù)字信號處理課程教學(xué)中的應(yīng)用。

1.1 用窗函數(shù)法設(shè)計FIR數(shù)字濾波器設(shè)計步驟

窗函數(shù)設(shè)計法是FIR數(shù)字濾波器的主要設(shè)計法，該設(shè)計法原理簡單、運算精度高，廣泛應(yīng)用于FIR工程數(shù)字濾波器的設(shè)計中。窗函數(shù)法設(shè)計FIR數(shù)字濾波器的步驟：

由圖1可以看出阻帶衰減未達到60dB，不滿足要求，則需要修改設(shè)計。通常采用兩種方法修改設(shè)計：（1）增大的值；（2）增大窗口長度。

（1）對直接賦值，取 = 5.9，重新運行主程序，得到如圖2所示的仿真結(jié)果。由圖2可以看出，此時濾波器的時域、頻域指標(biāo)均達到了要求。

（2）選擇窗口長度 = 49，重新運行上面的程序，得到如圖3所示的仿真結(jié)果。也可以使該濾波器的時域、頻域指標(biāo)都達到了要求。

2 結(jié)束語

由上面的仿真實例可以看出，借助MATLAB數(shù)字信號處理工具箱，在課程教學(xué)中通過編程對一些比較抽象的設(shè)計方法進行仿真演示，將FIR數(shù)字濾波器復(fù)雜的設(shè)計方法、修正設(shè)計的過程具體化，這樣可以使學(xué)生很好地理解和掌握數(shù)字信號處理課程中的基本原理、基本概念、基本設(shè)計方法、加深了學(xué)生對課程中抽象概念的理解、能更好地鞏固理論課上所學(xué)知識、克服學(xué)生的畏難情緒、并能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的興趣。近幾年將MATLAB仿真演示引入課堂教學(xué)中，取得了良好的教學(xué)效果。

注釋

① 馬興義等.Matlab 6應(yīng)用開發(fā)指南[M].北京：機械工業(yè)出版社，2002.

② 郭建濤.“數(shù)字信號處理“的MATLAB應(yīng)用研究[J].計算機與網(wǎng)絡(luò)，2010.6：38-40.

③ 樓順天，李博菡.基于MATLAB 的系統(tǒng)分析與設(shè)計——信號處理[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，1998.