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。
中图分类号： TP391
文献标识码： A
DOI： 10.19358/j.issn.2096-5133.2020.08.010
引用格式： 崔永青，史琳芸，阴超波. 数字滤波器级联设计及仿真[J].信息技术与网络安全，2020，39(8)：52-56.
文献标识码： A
DOI： 10.19358/j.issn.2096-5133.2020.08.010
引用格式： 崔永青，史琳芸，阴超波. 数字滤波器级联设计及仿真[J].信息技术与网络安全，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
在测振仪中，需要应用到数字加速度传感器，它输出的所有信号都属于加速度数字信号。对于该信号而言，如果处于噪声环境中，会大大降低加速度传感器输出信号的准确性。因此，需要通过数字滤波器对其进行处理。数字滤波器的工作原理是依据离散系统的特性对系统的输入信号进行加工和变换，从而使它们的频谱或者信号波形发生变化，保证被需要的频率信号顺利通过，并抑制无用的信号通过。对于数字滤波器而言，其不仅具有很高的滤波精度，而且它的灵活性也比较好。
本文以传感器的输出信号作为研究对象，分析其频谱特性，针对其中的噪声信号设计相应的数字滤波器。通过低通滤波器，能够把高频率的信号阻挡在外面，对于低频信号，则尽量保持其信号的准确性。理想低通滤波器具有非常好的滤波效果，几乎不存在失真现象，一般情况下，把通频特性视为矩形，但在实际应用过程中，在所截止的频率中存在一些过渡带。通过陷波滤波器能够把频率范围较小的信号筛选出来，陷波滤波器可以将某一特定信号频率点的信号衰减为零，而对于其他的频率信号保持不变。结合该加速度传感器的使用环境和要求，将低通滤波器与陷波滤波器两者进行级联设计作用于传感器输出，从而得到准确有效的信号。
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作者信息：
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)
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