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数字滤波器级联设计及仿真

《信息技术与网络安全》2020年第8期

崔永青1，史琳芸1，阴超波2

1.宝鸡职业技术学院机电信息学院，陕西宝鸡721013； 2.西安理工大学自动化与信息工程学院，陕西西安710048

摘要： 测振仪中使用的数字加速度传感器信号存在自身噪声和环境噪声,采用MATLAB仿真工具对加速度传感器信号进行频谱分析，识别干扰信号。干扰信号影响加速度传感器输出的准确性和稳定性，针对噪声干扰分别采用IIR低通数字滤波器设计和MATLAB工具箱Fdatool进行陷波数字滤波器设计得到滤波器数字模型。在对单个滤波器效果进行仿真验证之后，再对它们实施级联设计，从而获得双重的滤波效果。对经级联滤波处理后的加速度传感器数据进行仿真分析，结果表明所设计的级联滤波器实现了低通滤波和陷波滤波的双重目的，且不会对有用信号造成影响，有效提高了系统的抗干扰能力。

關(guān)鍵詞： 数字滤波器设计 IIR数字滤波器滤波器级联低通滤波器陷波滤波器

中圖分類號： TP391
文獻(xiàn)標(biāo)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(shù)字濾波器級聯(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，它輸出的所有信號都屬于加速度數(shù)字信號。對于該信號而言，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的準(zhǔn)確性。因此，需要通過數(shù)字濾波器對其進(jìn)行處理。數(shù)字濾波器的工作原理是依據(jù)離散系統(tǒng)的特性對系統(tǒng)的輸入信號進(jìn)行加工和變換，從而使它們的頻譜或者信號波形發(fā)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(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作為研究對象，分析其頻譜特性，針對其中的噪聲信號設(shè)計(jì)相應(yīng)的數(shù)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(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(diǎn)的信號衰減為零，而對于其他的頻率信號保持不變。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。

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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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