基于fir的數字濾波器設計研究

【摘要】隨著電子計算機技術以及網絡通訊等領域的快速發展，各類新型計算機工程技術在實踐當中的整合應用越來越普遍。在數字信號處理的環節中，數字濾波器是一種被廣泛應用在各類無線電工程等領域的重要集成性質的通訊系統。本文就基于fir的數字濾波器設計的相關內容進程闡述，并進一步探究在fir的數字濾波器支撐下的實踐應用能效，以期為相關科研項目的研究及其應用帶來一定的啟示。

【關鍵詞】fir;數字濾波器;設計;研究

前言

從現實來看，對于數字濾波器的設計要能夠滿足不同情況下的實踐需求，并通過最合理的數字濾波器設計方法來實現設計最終的目標。因此，在結合了新方法以及新技術以后，基于fir的數字濾波器的設計并非如同傳統模式那樣受到禁錮，而是可以在進行數字濾波器設計的過程中進行在線修改處理，從而實現不同的設計細節的改換，并最終為相關實踐領域提供最優化的技術支撐。

一、淺析fir濾波器

（一）fir濾波器

fir濾波器，有限長單位沖激相應濾波器，又稱為非遞歸型濾波器，是數字信號處理系統中最基本的元件[1]。在fir濾波器的作用下，可以保證任意幅頻特性的同時具備嚴格的現行相頻特性，可見，通常情況下fir濾波器是一個較為穩定的系統。從實踐來看，fir濾波器在通信、圖像處理等領域的應用十分廣泛。從數字濾波器的結構來看，可將其分為無線脈沖響應型與有限脈沖響應型。其中，后者在設計的過程中，可以采用窗函數方法、頻率采樣法等策略對其進行設計，從相關的研究資料中來看，這些方法的整合應用都令數字濾波器的設計取得了實質性的進步。

（二）有關fir濾波器設計的研究內容概述

在當前的信息技術水平下，數字信號處理的實踐應用及其發展如魚得水，基本可以滿足諸如自動化控制平臺、智能系統管理等的技術需求。國內外科研機構在以往的研究過程中，深知數字濾波器對于數字信號處理領域改進的重要性，因此，對數字濾波器的研究極為重視。實際上，通過數字濾波器可以獲得濾除雜波且保證原有信號傳輸效果維持不變。就從數字濾波器的這一點功能來看，針對數字濾波器的設計具備了極高的研究價值與一定的實踐意義。

二、基于fir的數字濾波器設計研究

通常情況下，基于fir的數字濾波器的設計原理采用的是加窗函數方法。由于基于fir的數字濾波器在性能、功耗等方面的優勢十分明顯，基于FPGA的信號處理模塊已廣泛應用于各種信號處理領域。從根源上來看，FPGA尤其適合于乘法和累加等重復性的DSP任務。FPGA在數字濾波器設計應用的優越性極為突顯，FPGA所固有的靈活性也可讓設計者緊跟新標準的變化，并能提供可行的方法來滿足不斷變化的標準需求[2]。就從基于fir的數字濾波器的設計原理來分析，其在設計的整個過程中都遵循了fir的數字濾波器的結構特征，從最基礎的內部構造來進一步完善整個設計方案，與此同時，從基于fir的數字濾波器的設計實例來看，該項目的實際具備一定的可行性。

（一）基于fir的數字濾波器的設計原理

基于fir的數字濾波器在設計時，所選擇參數的幅度是較為明確的，因此，在實際應用時，需要憑借一個可實現的傳輸函數去調整整個設計構造，這就需要在工程設計及應用中，多給出相對的參數指標數值，以此來保障數據計算的精準度。另外，由于基于fir的數字濾波器的沖激響應僅僅能夠延續一陣，時間較短，在研究的過程中，則通常會考慮基于fir的數字濾波器的此項特征來構造數字濾波器的模型。

（二）淺析基于fir的數字濾波器的設計實例

通過精確的設計，有限沖激相應濾波器在某一具體的頻率范圍內均能夠為系統提供出較為準確的線性相位。為了將系統中基于fir的數字濾波器的優勢更好地突出出來，則從具體的設計實例中就可以清楚地觀察到。從具體來看，通過設計技術參數以后，構建出一個較為完整的fir數字濾波器模型，再通過使其逼近既定目標，則可以對整個設計實例進行性能分析。從整體來看，fir數字濾波器的基本結構可以表示為圖1的形式：

圖1 fir數字濾波器的基本結構

在研究過程中發現，采用窗函數法來設計fir數字濾波器的思路較為明晰，也因此基于fir的數字濾波器的應用范圍極廣。從圖1所顯示的fir數字濾波器基礎框架來看，對于一個四階的濾波器子系統的輸出情況可以用公式來表示，即：

y（n）=h（0）x（n）+h（1）x（n-1）+h（2）x（n-2）+h（3）x（n-3）

在整個試驗過程中，可以利用窗函數設計法，濾波器參數要求如下：

ωp=0.2π，αp=0.25B，ωq=0.3π，αq=50dB

調用4個這樣的子系統級聯起來構成16階的濾波器。其中，濾波器系數h（0），h（1），…，h（15）由濾波器設計工具FDA Tools生成，系數與濾波器關聯，建立出完整的濾波系統模型[3]。

從設計內涵來看，首先要根據設計目標來選擇合理化的濾波器技術指標，整個過程的核心是如何更好地遵循系統的頻率特性，并采取與之對應的策略方法來將其實現，從這一點來看，實例中多采用的仍為窗函數方法來推進設計[4]。總之，隨著集成電路技術的快速發展，各類新型的集成電路工程設計標準越來越嚴格，而且各類關聯技術之間的界限也越來越模糊，因為只要能夠達成設計的目標以及實現應用領域所需要的實際功能，則基于fir的數字濾波器的設計和應用就具備一定的優勢。

三、結束語

通過對基于fir的數字濾波器設計原理的研究，進一步了解到有關數字濾波器的相關設計內容，尤其是從具體的基于fir的數字濾波器的實際實例中清楚的看到，采用Visual Basic6.0所設計出的fir數字濾波器的設計軟件可以實現，且突破了以往的設計方案，從而更加有利于在設計基于fir的數字濾波器的過程中進行實時在線修正，進而完善整個內容的最終設計方案。

參考文獻

[1]余琳，黃光明.基于FPGA的fir濾波器的性能研究[J].電子設計工程，2011（09）：127-128.

[2]王易煒，張金鵬，王龍.基于MATLAB的數字濾波器設計及其在數據處理中的應用[J].航空兵器，2011（04）：46-47.

[3]馬沖澤，方忠春，傅鑫，呂航偉，陳林峰，楊洪友.有限沖擊響應濾波器在四頻激光陀螺中的應用[J].應用光學，2013（03）：525-526.

[4]葉亞東，藺智挺，范玉紅.基于FPGA的fir數字濾波器設計與仿真[J].電子科技，2014（07）：69-70.

作者簡介：韓熠（1991—），男，陜西漢中人，大學本科，現就讀于西安電子科技大學，研究方向：信號處理。