零相位数字滤波及其应用.pdf

《零相位数字滤波及其应用.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、研究与设计零相位数字滤波及其应用樊新海安钢张传清(装甲兵工程学院机械工程系北京100072)摘要:本文介绍了一种利用Delphi7实现数字滤波器零相位滤波的方法,与一般差分滤波方法相比,该方法不仅可以避免相移,而且还能改善起始部分的波形畸变,这一点在信号处理中具有重要的应用价值。关键词:虚拟仪器信号处理零相位数字滤波Zero2phaseDigitalFilterandApplicationFanXinhaiAnGangZhangChuanqing(DepartmentofMechanicalEngineering,th

2、eAcademyofArmoredForcesEngineering,Beijing100072)Abstract:Thispaperintroducesamethodtorealizezero2phasefilteringfordigitalfiltersusingDel2phi7.Comparingwithgeneraldifferencefilter,thezero2phasedigitalfiltercannotonlyavoidphase2shifting,butalsoimprovethewaveaberr

3、ationofsectionstart.Thismethodhasimportantpracticalvalueinsignalprocessing.Keywords:virtualinstrument,signalprocessing,zero2phasedigitalfiltering.式中a(k),b(r)为方程系数。0引言在动态测试信号处理过程中,滤波器是常用的测试仪器之一。它常被用于抗混滤波,以避免傅立图1LSI系统叶变换时在频域产生混叠,或从具有多种频率成分的复杂信号中,将感兴趣的频率成分提取出来,而将不感

4、兴趣的频率成分衰减掉。在传统测试仪器中,如果a(k),k=1,2,Λ,N不全为零,该系统为无限冲滤波器的功能通常需要依靠硬件系统来实现。击响应(IIR)系统。若a(k)均为零,并令b(0)=1,则N随着数字信号处理技术的不断完善,计算机硬y(n)=∑b(r)x(n-r)+x(n)(2)r=1件技术的日新月异以及软件技术飞速发展,测试仪该系统为有限冲击响应(FIR)系统。器系统的设计思想发生了重大改变。部分传统的专由此,数字滤波器在从实现方法上,有IIR滤波用测试设备会逐步被以计算机和应用软件为核心的器和FIR滤波器之分

5、。这两类滤波器无论在性能[1]虚拟仪器所代替。虚拟仪器的出现标志着“软件上,还是在设计方法上都有着很大的区别。IIR数即仪器(Thesoftistheinstrument)”时代的到来。字滤波器与FIR滤波器相比,前者保留了模拟滤波在计算机辅助测试系统(CAT,ComputerAided器的优点,幅频特性较好,但存在相位失真。后者相Test)中,以往模拟滤波器(AF,AnalogFilter)的功频特性较好,可实现线性相位,但在相同指标要求下能,可用数字滤波器(DF,DigitalFilter)来替代。数要比前者的阶数

6、高的多。字滤波器的实现不但比模拟滤波器容易的多,而且还能获得较理想的滤波器性能。3差分数字滤波及其存在的问题2数字滤波器的时域描述与分类IIR数字滤波器的设计方法主要有双线性Z变对于一个线性移不变(LSI,LinearShiftInvari2换法和冲激响应不变法;FIR数字滤波器的设计方ant)离散时间系统,如图1所示,可用如下差分方程法主要有窗函数法、频率抽样法和切比雪夫逼近法表示:[2]等。有关数字滤波器设计的详细方法见文献,这NMy(n)+∑a(k)y(n-k)=∑b(r)x(n-r)(1)里就不再赘述。k=1r

7、=0对于设计好的滤波器,确定出滤波器的系数,通过对差分方程式(1)或式(2)的叠代算法,可以实现基金项目:本文为国防预研基金资助项目(编号:41327030203)。IIR滤波器或FIR滤波器的数字滤波。考虑到程序国外电子测量技术2005年第8期(总第126期)9研究与设计的通用性,这里就按式(1)编写一个差分滤波函数DiffFilter(b,a,x),调用参数为三个数组,b用于存放滤波器的系数b(r)(r=0,1,⋯,M);a用于存放滤波器的系数a(k)(k=0,1,⋯,N),且a(0)=1;x用于存放输入信号,返回

8、后用于存放滤波后的输出信号。如果将调用参数a均赋零值,则可实现FIR滤波器的数字滤波。在此,用一实例进行说明。图2为某型坦克发动机转速1000rpm时,在排气口测得的噪声信号(采样点数1024,采样频率4KHz)。从信号的波形图4差分滤波后的发动机噪声信号可以看出,它具有一定的周期性,主要是以发动机周移;二是滤波后的信号在起始部分