matlab filter函数用法

在MATLAB中，filter函数主要用于对数据进行滤波操作，其基本语法和常见用法如下：

基本语法

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y = filter(b, a, x)

其中：

b 和 a 是滤波器系数向量。对于一个线性时不变（LTI）滤波器，其传递函数为 $H(z)=\frac{B(z)}{A(z)}=\frac{b_0 + b_1z^{-1}+\cdots + b_mz^{-m}}{1 + a_1z^{-1}+\cdots + a_nz^{-n}}$，b 对应分子系数 $[b_0, b_1,\cdots, b_m]$，a 对应分母系数 $[1, a_1,\cdots, a_n]$。

x 是输入信号向量。

y 是经过滤波后的输出信号向量。

示例1：简单的移动平均滤波器

移动平均滤波器的传递函数为 $H(z)=\frac{1}{N}\sum_{k = 0}^{N - 1}z^{-k}$，其系数 b 为长度为 $N$ 的向量，每个元素值为 $\frac{1}{N}$，a 为 $[1]$。

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% 生成一个简单的测试信号 t = 0:0.01:1; x = sin(2*pi*10*t); % 设计一个长度为5的移动平均滤波器 N = 5; b = ones(1,N)/N; a = 1; % 应用滤波器 y = filter(b, a, x); % 绘图 figure; plot(t, x, 'b', 'LineWidth', 1.5); hold on; plot(t, y, 'r--', 'LineWidth', 1.5); legend('原始信号', '滤波后信号'); xlabel('时间 (s)'); ylabel('幅值'); title('移动平均滤波器效果');

带初始条件的滤波

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y = filter(b, a, x, zi)

zi 是初始条件向量，用于指定滤波器的初始状态。当处理递归滤波器（a 不等于 1）时，初始条件会影响滤波结果。如果 x 是一个长度为 n 的向量，那么 zi 的长度应该为 max(length(a), length(b)) - 1。

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% 假设我们有一个更复杂的滤波器 b = [1, -0.5]; a = [1, 0.3]; x = randn(1, 100); % 随机噪声信号 % 设置初始条件 zi = filter_zi(b, a); % 进行滤波 [y, zf] = filter(b, a, x, zi);

多维数组滤波

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y = filter(b, a, x, dim)

dim 参数指定沿着哪个维度进行滤波操作。例如，如果 x 是一个二维矩阵，dim = 1 表示沿着行方向滤波，dim = 2 表示沿着列方向滤波。

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% 生成一个二维随机矩阵 x = randn(10, 20); % 设计滤波器系数 b = [1, -0.5]; a = 1; % 沿着列方向滤波 y = filter(b, a, x, 2);

通过上述不同形式的 filter 函数调用，可以满足各种滤波需求，无论是简单的低通、高通滤波器，还是更复杂的数字滤波器设计。