采用Hamming窗可使99。963%的能量集中在窗谱的主瓣内。与Hanning窗相比,主瓣宽度同为 ,但最大旁瓣峰值小鱼主瓣峰值的1%,即旁瓣峰值衰减为41dB。用Hamming窗设计低通滤波器,阻带最大旁瓣比主瓣小55dB。
3。1。4 Blackman窗(二阶升余弦窗)
为了进一步抑制旁瓣,可在Hamming窗加上用于抑制旁瓣的升余弦的二次谐波分量构成的,得到Blackman窗函数为
窗谱可写为
其幅度函数有五部分移位不同幅度也不同的 函数组成,使它们的旁瓣进一步抑制,阻带衰减进一步增加,过渡带也有所加宽,是矩形窗的三倍。Blackman窗函数的主瓣宽度为12π/N,旁瓣峰值衰减为57dB,用其设计的低通滤波器的旁瓣比通带增益低75dB。
3。1。5 Kaiser窗
用上述四种窗函数设计的滤波器,其阻带最小衰减是固定的,而Kaiser窗是一种可以调整的窗函数,通过调整其参数可以实现不同主瓣宽度和旁瓣衰减的滤波器。所以,Kaiser窗是一种适应性较强的窗
式中, 。其中 (3-11)
实际上,k只需取前20项便可以满足设计要求。窗的形状由参数 可以控制。 和阶数N的关系如下:
随着 增大,主瓣加宽,旁瓣幅度也随之变小。一般选择4< <9。
六种窗函数(包含矩形窗)的基本参数如表3。1所示。
表3。1 各种窗函数的参数值
窗函数 旁瓣峰值幅度/dB 过渡带宽近似值( )
过渡带宽精确值( )
阻带最小衰减/dB
矩形窗 -13 4 1。8 -21
巴特雷特窗 -25 8 6。1 -25
汉宁窗 -31 8 6。2 -44
汉明窗 -41 8 6。6 -53
布莱克曼窗 -57 12 11 -74
凯塞窗 -57 10 10 -80
3。1。2 窗函数法设计FIR数字滤波器
窗函数设计法的基本原理是通过逼近理想滤波器的特性,以获得性能较的FIR数字滤波器。设需要逼近的理想滤波器的频率响应是 ,时域的单位脉冲响应是 ,可知该序列为无限长非因果序列,是物理不可实现的。因此,必须在 上截取一段有限长的因果序列,并用适当的窗函数加权处理,方能得到可以作为FIR数字滤波器的系统函数h(n)。
3。1。2。1 FIR数字滤波器窗函数法设计原理
设理想低通滤波器的截止频率为 , 相频特性为 =0,则该理想低通滤波器的频率响应为 (3-14)
其对应的单位脉冲响应为(3-15)
显然,这是一个非因果序列。
因此,很容易想的一种处理方法就是运用窗函数,截去脉冲响应值很小的采样点,这样 就成为有限长序列,之后在通过移位运算使序列 成为因果序列,并用 逼近理想滤波器。
在几个窗函数中,最容易想到的是让无限长序列 乘上一个有限长的矩形序列 ,即