基于matlab的数字滤波器设计及心电信号分析.docx

1、基于matlab的数字滤波器设计及心电信号分析设计题目基于matlab的数字滤波器设计及心电信号分析设计技术参数阈值=0.6相对幅值的差RR间期1mv设计要求 能够准确的提取与分析QRS波绘制图表来说明检测结果工作量学会使用matlab软件用数字滤波器测量心电信号对心电信号有个初步的认识与掌握搜集一组正常人体心电信号数据，编写matlab程序，并对它进行分析与检测根据设计结果写出报告工作计划查资料，搜集关于此次课设的相关内容对题目进行分析，确定合理的解决方案编程并且调试写报告参考资料周辉 数字信号处理基础及Matlab实现 中国林业出版社 2005肖伟 刘忠 Matlab程序设计与应用 清华大

2、学出版社 2005指导教师签字孟辉基层教学单位主任签字李昕1 课程设计的目的通过对常用数字滤波器的设计和实现，掌握数字信号处理的工作原理及设计方法；熟悉设计数字滤波器的方法，掌握利用数字滤波器对信号进行滤波的方法，掌握数字滤波器的计算机仿真，并能够对设计结果加以分析。2 课程设计的原理 2.1、用窗函数法设计FIR滤波器 根据过渡宽带及阻带衰减要求，选择窗函数的类型并估计窗口长度N，窗函数类型可根据最小阻带衰减As独立选择，因为窗口长度N对最小阻带衰减As没有影响，在确定窗函数类型以后，可根据过渡宽带小于给定指标确定所拟用的窗函数的窗口长度N，设待求滤波器的过渡宽带，它与窗口长度N近似成反比，

3、窗函数类型确定后，其计算公式也确定了，不过这些公式是近似的，得出的窗口长度还要在计算中逐步修正，原则上在保证阻带衰减满足要求的情况下，尽量选择较小的N，在N和窗函数类型确定后，即可调用MATLAB中的窗函数求出窗函数。 2.2、用巴特沃斯法设计IIR低通滤波器 巴特沃斯低通滤波器的幅度平方函数中，N为滤波器的阶数。在=c附近，随着加大，幅度迅速下降。幅度下降的速度与阶数N有关，N越大，通带愈平坦，过渡带愈窄，过渡带与阻带幅度下降的速度愈快，总的频响特性与理想低通滤波器的误差愈小。3 课程设计设计步骤及结果分析3.1、心电信号采集心电信号作为心脏电活动在人体体表的表现，信号一般比较微弱，幅度在1

4、0V5mV，频率为0.05100Hz。在心电信号的采集、放大、检测及记录过程中，有来自外界的各种干扰。记录一段时间内的人体心电信号波形，要求长度不小于10秒，并对记录的信号进行数字化，保存为数据文件；这里，请同学们使用美国的MIT/BIH心电原始数据，由实验老师给出一定长度的的心电原始数据，数据保存在文件“a01.txta10.txt”中，在MATLAB中通过如下语句读取：%从当前路径下的a01.txt文件读取心电原始数据到变量a01中，a01为二维数据，第一列%为心电信号时间，第二列为心电信号幅度。3.2、源数据的导入a=load(F:/心电信号数据/a16.txt);%选第十六组数据3.3

5、、绘出源心电信号的时域波形图和频谱图并进行分析%时域波形图以及频谱图a=load(1.txt);t=a(:,1);b=a(:,2);figure(1);subplot(211);plot(t,b);title(心电信号的时域波形);xlabel(时间t/s);ylabel(幅值/A);n=1000;m=abs(fft(b,n);fs=100;f=fs/n*(0:n-1);subplot(212);plot(f,m);title(心电信号的频谱图);xlabel(频率 f/Hz);ylabel(幅值/db); 3.4、含噪心电信号合成1、加入单频正弦干扰y=0.2*sin(2*40*pi*t);

6、y1=y+b;figure(2);subplot(211);plot(t,y1);title(加单频噪声时域波形);xlabel(时间t/s);ylabel(幅值/A);k=abs(fft(y1,n);subplot(212);plot(f,k);title(加单频噪声频谱图);xlabel(频率 /Hz);ylabel(幅值)选择添加单频正弦信号。通过转置后添加到原始信号b上，添加后的信号用y1表示。对于变量、函数的操作是矩阵操作，两个信号相加必须长度一致。2、继续加入白噪声y2 = awgn(y1,5);figure(3);subplot(211);plot(t,y2);title(加单频

7、,白噪声时域波形);xlabel(时间t/s);ylabel(幅值/A);h=abs(fft(y2,n);subplot(212);plot(f,h);title(加单频,白噪声频谱图);xlabel(频率 /Hz);ylabel(幅值);通过调用函数y2 = awgn(y1,5)对已经加了单频噪声的信号进行加噪，加噪后的信号用y2保存。对y2信号的分析，如图所示分别给出了它的时域波形图和频谱图，通过对比，时域波形变化不大，但频谱图有了大幅度的变化。3.5、时域波形差s=y2-b;figure(4);subplot(111);plot(t,s);title(时域波形差);3.6、数字滤波器设计

8、及滤波1、设计低通FIR滤波器%低通FIR滤波器N=50;wc=0.6;window=blackman(N);hn=fir1(N-1,wc,window);lv=filter(hn,1,y2);freqz(hn,1);2、用低通FIR滤波器对单频噪声进行滤波%低通滤波器滤波后图形subplot(211);plot(t,lv);title(滤波后时域波形);xlabel(时间t/s);ylabel(幅值/A);LV=abs(fft(lv);subplot(212);plot(f,LV);title(滤波后频谱图);xlabel(频率 /Hz);ylabel(幅值)3、设计带阻FIR滤波器%带阻F

9、IR滤波器wlp=0.2*pi;wls=0.4*pi;wus=1.2*pi;wup=0.6*pi;B=wls-wlp;M=ceil(12*pi/B);wp=(wls+wlp)/2/pi,(wus+wup)/2/pi;hn=fir1(M,wp,stop,blackman(M+1);liu=filter(hn,1,y2);freqz(hn,1);4、用带阻FIR滤波器对单频噪声滤波后图形%带阻FIR滤波器滤波后图形subplot(211);plot(t,liu);title(滤波后时域波形);xlabel(时间t/s);ylabel(幅值/A);LIU=abs(fft(liu);subplot(2

10、12);plot(f,LIU);title(滤波后频谱图);xlabel(频率 /Hz);ylabel(幅值);5、设计低通IIR滤波器%低通IIR滤波器wp=0.4*pi;ws=0.35*pi;rp=1;rs=10;N,wc=buttord(wp,ws,rp,rs,s);B,A=butter(N,wc,s);Bz,Az=impinvar(B,A);wen=filter(Bz,Az,y2);freqz(Bz,Az);6、用低通IIR滤波器对单频噪声滤波后图形%低通IIR滤波器滤波后图形subplot(211);plot(t,wen);title(滤波后时域波形);xlabel(时间t/s);y

11、label(幅值/A);WEN=abs(fft(wen);subplot(212);plot(f,WEN);title(滤波后频谱图);xlabel(频率 /Hz);ylabel(幅值);3.7、心电信号时域波形及频谱的观察和分析1、低通FIR滤波器滤波效果subplot(331);plot(t,b);title(心电信号的时域波形);xlabel(时间t/s);ylabel(幅值/A);subplot(332);plot(f,m);title(心电信号的频谱图);xlabel(频率 f/Hz);ylabel(幅值/db);subplot(333);plot(t,y1);title(加单频噪声

12、时域波形);xlabel(时间t/s);ylabel(幅值/A)subplot(334);plot(f,k);title(加单频噪声频谱图);xlabel(频率 /Hz);ylabel(幅值);subplot(335);plot(t,y2);title(加单频,白噪声时域波形);xlabel(时间t/s);ylabel(幅值/A);subplot(336);plot(f,h);title(加单频,白噪声频谱图);xlabel(频率 /Hz);ylabel(幅值);subplot(337);plot(t,lv);title(滤单频波后时域波形);xlabel(时间t/s);ylabel(幅值/A

13、);subplot(338);plot(f,LV);title(滤单频波后频谱图);xlabel(频率 /Hz);ylabel(幅值);2、带阻FIR滤波器滤波效果subplot(331);plot(t,b);title(心电信号的时域波形);xlabel(时间t/s);ylabel(幅值/A);subplot(332);plot(f,m);title(心电信号的频谱图);xlabel(频率 f/Hz);ylabel(幅值/db);subplot(333);plot(t,y1);title(加单频噪声时域波形);xlabel(时间t/s);ylabel(幅值/A)subplot(334);pl

14、ot(f,k);title(加单频噪声频谱图);xlabel(频率 /Hz);ylabel(幅值);subplot(335);plot(t,y2);title(加单频,白噪声时域波形);xlabel(时间t/s);ylabel(幅值/A);subplot(336);plot(f,h);title(加单频,白噪声频谱图);xlabel(频率 /Hz);ylabel(幅值);subplot(337);plot(t,liu);title(滤单频波后时域波形);xlabel(时间t/s);ylabel(幅值/A);subplot(338);plot(f,LIU);title(滤单频波后频谱图);xla

15、bel(频率 /Hz);ylabel(幅值);3、低通IIR滤波器滤波效果subplot(331);plot(t,b);title(心电信号的时域波形);xlabel(时间t/s);ylabel(幅值/A);subplot(332);plot(f,m);title(心电信号的频谱图);xlabel(频率 f/Hz);ylabel(幅值/db);subplot(333);plot(t,y1);title(加单频噪声时域波形);xlabel(时间t/s);ylabel(幅值/A)subplot(334);plot(f,k);title(加单频噪声频谱图);xlabel(频率 /Hz);ylabel

16、(幅值);subplot(335);plot(t,y2);title(加单频,白噪声时域波形);xlabel(时间t/s);ylabel(幅值/A);subplot(336);plot(f,h);title(加单频,白噪声频谱图);xlabel(频率 /Hz);ylabel(幅值);subplot(337);plot(t,wen);title(滤单频波后时域波形);xlabel(时间t/s);ylabel(幅值/A);subplot(338);plot(f,WEN);title(滤单频波后频谱图);xlabel(频率 /Hz);ylabel(幅值);4 心得体会通过这次的课程设计，我从中得到了

17、许多经验和MATLAB软件设计的一些新思路；在学习MATLAB的过程中，我明白了“实践出真知”这句话的真谛，在书上看到的内容，如果不懂的话，我们可以把程序输入代码窗口，运行之后，看得出的结果，然后再加上书本上的讲解，就很好理解了，相反，如果我们只是想着这个程序或者这个函数有什么功能，肯定想很长时间都不明白。 通过这次课程设计，MATLAB的使用不仅仅只是看书就能够学会的，要自己在计算机上面动手操作，才能熟练的使用MATLAB软件，我还发现了MATLAB一个强大的功能是它为我们提供一套功能强大的绘图命令，这些命令可以根据输入的数据自动完成图形的绘制，可以完成对图形的加标号，加标题等操作。总结一下这次课程设计，发现自己虽然在不仅在理论上没有掌握牢固，并且在实践的时候也遇到了问题，所以自己还是远远的不足，不管是在MATLAB的设计上，还是其他专业课上，在以后的一段学习时间里必须坚持自己思考，自己多动脑，多动手，这样才能脱离理论，让自己的学习更上一层楼。