《電子技術(shù)應(yīng)用》
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數(shù)字濾波器級(jí)聯(lián)設(shè)計(jì)及仿真
《信息技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)安全》2020年第8期
崔永青1，史琳蕓1，陰超波2
1.寶雞職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電信息學(xué)院，陜西 寶雞721013； 2.西安理工大學(xué) 自動(dòng)化與信息工程學(xué)院，陜西 西安710048
摘要： 測(cè)振儀中使用的數(shù)字加速度傳感器信號(hào)存在自身噪聲和環(huán)境噪聲,采用MATLAB仿真工具對(duì)加速度傳感器信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，識(shí)別干擾信號(hào)。干擾信號(hào)影響加速度傳感器輸出的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，針對(duì)噪聲干擾分別采用IIR低通數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)和MATLAB工具箱Fdatool進(jìn)行陷波數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)得到濾波器數(shù)字模型。在對(duì)單個(gè)濾波器效果進(jìn)行仿真驗(yàn)證之后，再對(duì)它們實(shí)施級(jí)聯(lián)設(shè)計(jì)，從而獲得雙重的濾波效果。對(duì)經(jīng)級(jí)聯(lián)濾波處理后的加速度傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真分析，結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的級(jí)聯(lián)濾波器實(shí)現(xiàn)了低通濾波和陷波濾波的雙重目的，且不會(huì)對(duì)有用信號(hào)造成影響，有效提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。
中圖分類號(hào)： TP391
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
DOI： 10.19358/j.issn.2096-5133.2020.08.010
引用格式： 崔永青，史琳蕓，陰超波. 數(shù)字濾波器級(jí)聯(lián)設(shè)計(jì)及仿真[J].信息技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)安全，2020，39(8)：52-56.
Design and simulation of digital filter cascade
Cui Yongqing1，Shi Linyun1，Yin Chaobo2
1.Department of Electrical and Mechanical Information，Baoji Vocational and Technology College，Baoji 721013，China； 2.School of Automation and Information Engineering，Xi′an University of Technology， Xi′an 710048，China
Abstract： The digital acceleration transducer used in the vibration meter exists self noise and environment noise. MATLAB simulation tool is used to analyze the spectrum of acceleration transducer signal and discriminate intrusion signal.Intrusion signal may influence the accuracy and stability of the output signal of acceleration transducer. Be directed against the noise, this paper uses IIR low pass digital filter and MATLAB toolbox Fdatool notching digital filter to design digital filter dividually. After verifying the result of each single filter, a cascade design is implemented to achieve double filter effect. The result of simulation analysis of data that processed by cascade filter indicates that the design of cascade filter satisfies the requirement of low pass filtering and notching filtering,and has no effect on useful signal,which can effectively improve the capacity of resisting disturbance.
Key words : design of digital filter；IIR digital filter；filter cascade；low pass filter；notching filter



        在測(cè)振儀中，需要應(yīng)用到數(shù)字加速度傳感器，它輸出的所有信號(hào)都屬于加速度數(shù)字信號(hào)。對(duì)于該信號(hào)而言，如果處于噪聲環(huán)境中，會(huì)大大降低加速度傳感器輸出信號(hào)的準(zhǔn)確性。因此，需要通過(guò)數(shù)字濾波器對(duì)其進(jìn)行處理。數(shù)字濾波器的工作原理是依據(jù)離散系統(tǒng)的特性對(duì)系統(tǒng)的輸入信號(hào)進(jìn)行加工和變換，從而使它們的頻譜或者信號(hào)波形發(fā)生變化，保證被需要的頻率信號(hào)順利通過(guò)，并抑制無(wú)用的信號(hào)通過(guò)。對(duì)于數(shù)字濾波器而言，其不僅具有很高的濾波精度，而且它的靈活性也比較好。

         本文以傳感器的輸出信號(hào)作為研究對(duì)象，分析其頻譜特性，針對(duì)其中的噪聲信號(hào)設(shè)計(jì)相應(yīng)的數(shù)字濾波器。通過(guò)低通濾波器，能夠把高頻率的信號(hào)阻擋在外面，對(duì)于低頻信號(hào)，則盡量保持其信號(hào)的準(zhǔn)確性。理想低通濾波器具有非常好的濾波效果，幾乎不存在失真現(xiàn)象，一般情況下，把通頻特性視為矩形，但在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，在所截止的頻率中存在一些過(guò)渡帶。通過(guò)陷波濾波器能夠把頻率范圍較小的信號(hào)篩選出來(lái)，陷波濾波器可以將某一特定信號(hào)頻率點(diǎn)的信號(hào)衰減為零，而對(duì)于其他的頻率信號(hào)保持不變。結(jié)合該加速度傳感器的使用環(huán)境和要求，將低通濾波器與陷波濾波器兩者進(jìn)行級(jí)聯(lián)設(shè)計(jì)作用于傳感器輸出，從而得到準(zhǔn)確有效的信號(hào)。



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作者信息：

崔永青1，史琳蕓1，陰超波2

(1.寶雞職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電信息學(xué)院，陜西 寶雞721013；

2.西安理工大學(xué) 自動(dòng)化與信息工程學(xué)院，陜西 西安710048)


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