数字信号处理英文翻译(5)

看到一个数字过滤,信号是由一系列数字,而不是电压或逆流.

以下图表显示了这种制度的基本格局：

数字信号处理第一章 滤波器的基本概念,数字滤波器的仿真与实现The simulation and the realization of the digital filter英文翻译,中文英文对照

滤波器是指用来对输入信号进行滤波的硬件或软件。如果滤波器的输入、输出

都是离散信号，则该滤波器的冲击响应也必然是离散的，这样的滤波器定义为数字滤波器。数字滤波器的功能，就是把输入序列X通过一定的运算变换成输出序列Y。

根据数字滤波器冲激响应函数的时域特性，可将数字滤波器分为两种，即无限长冲激相应IIR滤波器和有限长冲激响应FIR滤波器。IIR数字滤波器的优点是可以利用模拟滤波器设计的结果，而模拟滤波器的设计有大量图表可查，方便简单。它的缺点是相位的非线性；若需要线性相位，则要采用全通网络进行相位校正。图象处理以及数据采集传输都要求滤波器具有线性相位特性。而FIR数字滤波器可以实现线性相位，又可具有任意幅度特性。从数字滤波器的单位冲击响应来看，可分为两大类：有限冲击响应（FIR）数字滤波器和无限冲击响应（IIR）数字滤波器。

FIR滤波器却可以得到严格的线性相位，然而由于FIR滤波器的系统函数的极点固定在原点，所以只能用较高的阶数来实现其高选择性，对于同样的滤波器设计指标，FIR滤波器所要求的阶数要比IIR高5至10倍，所以成本较高，信号延迟也较大。但是如果要求相同的线性相位，则IIR滤波器就必须加全通网络进行相位校正，同样也要增加滤波器网络的节数和复杂性。FIR滤波器可以用非递归的方法实现，在有限精度下不会产生振荡，同时由于量化舍入以及系数的不确定性所引起的误差的影响要比IIR滤波器小的多，并且FIR滤波器可以采用FFT算法，运算速度快。但是不象IIR滤波器可以借助模拟滤波器的成果，FIR滤波器没有现成的计算公式，必须要用计算机辅助设计软件（如MATLAB）来计算。由此可知，FIR滤波器应用比较广，而IIR滤波器则用在相位要求不是很严格的场合。

滤波器从功能上分又可分为如下4类:

(1)低通滤波器(LPF)；

(2)高通滤波器(HPF )；

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(3)带通滤波器(BPF )；

(4)带阻滤波器(BSF)。

理想滤波器的幅频特性下图虚线为：

2、MATLAB介绍：

MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）之意。除具备卓越的数值计算能力外，它还提供了专业水平的符号计算，文字处理，可视化建模仿真和实时控制等功能。MATLAB作为世界顶尖的数学应用软件，以其强大的工程计算、算法研究、工程绘图、应用程序开发、数据分析和动态仿真等功能，在航空航天、机械制造和工程建筑等领域发挥着越来越重要的作用。而C语言功能丰富，使用灵活方便，目标程序效率高。既有高级语言的优点，又有低级语言的特点。因此，C语言是目前应用最广的编程语言。虽然MATLAB是一个完整的、功能齐全的编程环境，但在某些情况下，与外部环境的数据和程序的交互是非常必须而且有益的。利用MATLAB设计滤波器，可以随时对比设计要求和滤波器特性调整参数，直观简便，极大的减轻了工作量，有利于滤波器设计的最优化。

A1

A2(f)

1

c2 c2 f

(a) (b)

A3(f) A4(f)

c1c2f c1c2 f

(c) (d)

图中四类滤波器的幅频特性

(a)低通 (b)高通 (c)带通 (d)带阻

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在电力系统微机保护和二次控制中，很多信号的处理与分析都是基于正旋基波和某些整次谐波而进行的，而系统电压电流信号（尤其是故障瞬变过程）中混有各种复杂成分，所以滤波器一直是电力系统二次装置的关键部件。目前微机保护和二次信号处理软件主要采用数字滤波器。传统的数字滤波器设计使用繁琐的公式计算，改变参数后需要重新计算，在设计滤波器尤其是高阶滤波器时工作量很大。利用MATLAB信号处理箱可以快速有效地实现数字滤波器的设计与仿真。

MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学,工程中常用的形式十分相似,故用MATLAB来解算问题要比用C,FORTRAN等语言完相同的事情简捷得多.当前流行的MATLAB 5.3/Simulink3.0包括拥有数百个内部函数的主包和三十几种工具包(Toolbox)。工具包又可以分为功能性工具包和学科工具包.功能工具包用来扩充MATLAB的符号计算,可视化建模仿真,文字处理及实时控制等功能.学科工具包是专业性比较强的工具包,控制工具包,信号处理工具包,通信工具包等都属于此类。

开放性使MATLAB广受用户欢迎.除内部函数外,所有MATLAB主包文件和各种工具包都是可读可修改的文件,用户通过对源程序的修改或加入自己编写程序构造新的专用工具包。

3、数字滤波器的设计

数字滤波器设计的基本要求

数字滤波器设计要经过三个步骤：

（1）确定指标：在设计一个滤波器前，必须有一些指标。这些指标要根据应用确定。在很多实际应用中，数字滤波器常常被用来实现选频操作。因此，指标的形式一般在频域中给出幅度和相位响应。幅度指标主要以两种方式给出。第一种是绝对指标。它提供对幅度响应函数的要求，一般应用于FIR滤波器的设计。第二种指标是相对指标。它以分贝值的形式给出要求。在工程实际中，这种指标最受欢迎。对于相位响应指标形式，通常希望系统在通频带中人有线性相位。运用线性相位响应指标进行滤波器设计具有如下优点：①只包含实数算法，不涉及复数运算；②不存在延迟失真，只有固定数量的延迟；③长度为N的滤波器（阶数为N-1），计算量为N/2数量级。

（2）模型逼近：一旦确定了指标，就可利用前面学习过的基本原理和关系式，提出一个滤波器模型来逼近给定的指标体系。

（3）实现：上面两步的结果得到的滤波器，通常是以差分方程、系统函数或脉冲响应来描述的。根据这个描述用硬件或者计算机软件来实现它。

4、FPGA介绍：

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可编程逻辑器件是一种可以构成各种用途逻辑的通用芯片，它是实现专用集成电路ASIC（Application Specific Integrated Circuit）的半定制器件，它的出现和发展使电子系统设计师借助于CAD手段在实验室里就可以设计自己的ASIC器件。特别是FPGA（Field Programmable Gate Array）的产生与发展，使其成为继微处理器、存储器之后的为电子数字系统设计而确定的又一种新的工业标准(即可以按标准产品目录在销售市场上购到)。数字系统正朝向以微处理器、存储器、FPGA三种标准积木块构成或是它们的集成方向发展。

使用FPGA器件设计数字电路，不仅可以简化设计过程，而且可以降低整个系统的体积和成本，增加系统的可靠性。它们无需花费传统意义下制造集成电路所需大量时间和精力，避免了投资风险，成为电子器件行业中发展最快的一族。使用FPGA器件设计数字 …… 此处隐藏：2997字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……