數字濾波器級聯設計及仿真
《信息技術與網絡安全》2020年第8期
崔永青1，史琳蕓1，陰超波2
1.寶雞職業技術學院 機電信息學院，陜西 寶雞721013； 2.西安理工大學 自動化與信息工程學院，陜西 西安710048
摘要： 測振儀中使用的數字加速度傳感器信號存在自身噪聲和環境噪聲,采用MATLAB仿真工具對加速度傳感器信號進行頻譜分析，識別干擾信號。干擾信號影響加速度傳感器輸出的準確性和穩定性，針對噪聲干擾分別采用IIR低通數字濾波器設計和MATLAB工具箱Fdatool進行陷波數字濾波器設計得到濾波器數字模型。在對單個濾波器效果進行仿真驗證之后，再對它們實施級聯設計，從而獲得雙重的濾波效果。對經級聯濾波處理后的加速度傳感器數據進行仿真分析，結果表明所設計的級聯濾波器實現了低通濾波和陷波濾波的雙重目的，且不會對有用信號造成影響，有效提高了系統的抗干擾能力。
中圖分類號： TP391
文獻標識碼： A
DOI： 10.19358/j.issn.2096-5133.2020.08.010
引用格式： 崔永青，史琳蕓，陰超波. 數字濾波器級聯設計及仿真[J].信息技術與網絡安全，2020，39(8)：52-56.
文獻標識碼： A
DOI： 10.19358/j.issn.2096-5133.2020.08.010
引用格式： 崔永青，史琳蕓，陰超波. 數字濾波器級聯設計及仿真[J].信息技術與網絡安全，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
在測振儀中，需要應用到數字加速度傳感器，它輸出的所有信號都屬于加速度數字信號。對于該信號而言，如果處于噪聲環境中，會大大降低加速度傳感器輸出信號的準確性。因此，需要通過數字濾波器對其進行處理。數字濾波器的工作原理是依據離散系統的特性對系統的輸入信號進行加工和變換，從而使它們的頻譜或者信號波形發生變化，保證被需要的頻率信號順利通過，并抑制無用的信號通過。對于數字濾波器而言，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作為研究對象，分析其頻譜特性，針對其中的噪聲信號設計相應的數字濾波器。通過低通濾波器，能夠把高頻率的信號阻擋在外面，對于低頻信號，則盡量保持其信號的準確性。理想低通濾波器具有非常好的濾波效果，幾乎不存在失真現象，一般情況下，把通頻特性視為矩形，但在實際應用過程中，在所截止的頻率中存在一些過渡帶。通過陷波濾波器能夠把頻率范圍較小的信號篩選出來，陷波濾波器可以將某一特定信號頻率點的信號衰減為零，而對于其他的頻率信號保持不變。結合該加速度傳感器的使用環境和要求，將低通濾波器與陷波濾波器兩者進行級聯設計作用于傳感器輸出，從而得到準確有效的信號。
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作者信息：
崔永青1，史琳蕓1，陰超波2
(1.寶雞職業技術學院 機電信息學院，陜西 寶雞721013；
2.西安理工大學 自動化與信息工程學院，陜西 西安710048)
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