基于MATLAB的數字信號處理課程教學研究

摘 要 針對數字信號處理課程理論性強、概念抽象、公式繁雜、學生不易掌握等特點，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，使學生加深對相關概念的理解和掌握。文章中以窗函數法設計FIR數字濾波器為例，說明MATLAB仿真軟件在數字信號處理課程教學中的應用。

關鍵詞 數字信號處理 MATLAB 窗函數 FIR數字濾波器

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A

0 引言

MATLAB①已經成為數字信號處理應用中分析和仿真設計的主要工具。軟件提供了數字信號處理工具箱，為數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、處理和設計。

1 基于MATLAB的數字信號處理

數字濾波器的設計是數字信號處理課程中的主要內容，利用MATLAB可以方便地對數字信號處課程中的理論、算法進行仿真設計。下面就利用FIR的窗函數法，設計數字濾波器，以說明MATLAB在數字信號處理課程教學中的應用。

1.1 用窗函數法設計FIR數字濾波器設計步驟

窗函數設計法是FIR數字濾波器的主要設計法，該設計法原理簡單、運算精度高，廣泛應用于FIR工程數字濾波器的設計中。窗函數法設計FIR數字濾波器的步驟：

由圖1可以看出阻帶衰減未達到60dB，不滿足要求，則需要修改設計。通常采用兩種方法修改設計：（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所示的仿真結果。由圖2可以看出，此時濾波器的時域、頻域指標均達到了要求。

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

2 結束語

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

注釋

① 馬興義等.Matlab 6應用開發指南[M].北京：機械工業出版社，2002.

② 郭建濤.“數字信號處理“的MATLAB應用研究[J].計算機與網絡，2010.6：38-40.

③ 樓順天，李博菡.基于MATLAB 的系統分析與設計——信號處理[M].西安：西安電子科技大學出版社，1998.