学习如何在Simulink中实现FIR和IIR滤波器实现的可调和不可调滤波器金宝app®使用DSP系统工具箱™。在模拟过程中,当滤波器响应已知且固定时,使用不可调滤波器。另一方面,可调滤波器允许在模型模拟过程中修改块参数和滤波器系数,根据需要改变滤波器响应。
数字滤波器是许多信号处理系统的核心,用于抑制或消除信号中不需要的伪影,以提高信号质量。在决定如何设计和实现滤波器时,需要考虑一系列因素,包括频率和相位响应、不同的类型、脉冲响应行为、实现成本和调优能力的程度。在Si金宝appmulink中的DSP系统工具箱块库中,包括支持广泛滤波器设计和实现算法的块。金宝app
在本视频中,我们将提供这些过滤器块的概述,以帮助在给定一组系统需求的情况下选择适当的过滤器类型。具体来说,我们将重点关注基于运行时的可调性对筛选器块进行分类。可调的模拟块可以在模拟过程中修改它们的块参数,从而无需在运行之间更新模型图,并加快测试速度。
如图所示,反向滤波器块的块参数在运行时进行调谐,以过滤具有不同频率的啁啾信号。DSP系统工具箱滤波器块可以大致分为具有有限持续时间的脉冲响应和无限持续时间的脉冲响应。FIR或简称IIR。在每个组中都有几个可调和不可调过滤器选项。
首先,让我们检查每个组的不可调过滤器。不可调滤波器块使用它们的块参数指定的滤波器设计随时间独立地过滤输入信号的每个通道,因为它们是不可调的,它们的块参数和滤波器响应在运行时不能改变。这里显示的不可调滤波器块集位于滤波滤波器设计下的DSP系统工具箱块库中。
正如我们所看到的,在块库中有许多额外的不可调优过滤器设计的块可用。以低通滤波器块为例,我们可以看到修改滤波器类型、通带边频率、停止带边频率等块参数的选项。使用过滤器类型参数,您可以控制块是在IIR还是FIR滤波器中实现。
接下来,让我们研究在运行时可调的过滤器块子集。可变带宽FIR和可变带宽IIR块用于低通、高通、带通和带阻滤波器的可调滤波器实现。这两个模块使您能够在模拟过程中调优某些参数,而不必重新设计整个过滤器。每个块滤波算法在可调参数改变时重新计算滤波系数。
让我们仔细看看可变带宽FIR块。例如,通过过滤器类型设置和通,过滤器中心频率和带宽参数在运行时是可调的。请注意,这个块的可调参数可以直接从这里显示的对话框中编辑,也可以通过检查这个选项通过输入端口编辑到块本身。选择输入端口,将其他输入端口添加到筛选器块。
要对信号处理系统中滤波器的可调性施加更大的控制,请考虑实现离散FIR滤波器或向后滤波器块。两个模块都允许在模拟过程中调整滤波器系数。以反向过滤器块为例,我们可以注意到从输入端口、对话框参数或基本Matlab工作空间中定义的系统过滤器对象提供过滤器系数值的选项。
现在,让我们通过一个涉及噪声去除的例子来回顾我们所涵盖的滤波器块的不同应用。首先,让我们考虑添加随机噪声的单频信号的情况。主信号的频率为6千赫兹,采样频率为44.1千赫兹。在采样频率范围内添加随机噪声。
为了隔离主信号,增加了IRS带通滤波器块,并用频谱分析仪将其输出与原始信号进行比较。带通滤波器块采用IIR脉冲响应实现,停止带和通带频率如图所示。让我们单击查看筛选器响应,为这组筛选器参数启动筛选器可视化工具。有了这个工具,我们可以分析滤波器的幅值和相位响应,脉冲响应,以及其他滤波器特性中的拉零图。
让我们运行模拟来查看过滤器的有效性。对比原始未滤波信号的功率谱,我们可以看到带通滤波器保持了主信号的功率,并衰减了位于指定带宽之外的噪声。不可调带通滤波器块在这种情况下工作得很好,因为我们在开始模拟之前就知道要隔离的信号的频率特性。
现在,让我们考虑第二种情况,要过滤的信号的频率随着时间而变化。在这种情况下,正弦波块已被一个啁啾块所取代,以输出从5到8千赫兹的线性扫描信号频率,采样率为44.1千赫兹。同样的随机噪声源被添加到啁啾信号中。为了有效地降低来自啁啾信号的噪声,我们以可变带宽IIR块的形式实现了可调谐带通滤波器。
我们已经设置了带通滤波器的中心频率,从输入端口指定,而不是固定的滤波器带宽1.25千赫兹。将截止频率Fc设置为由输入端口指定,使其成为一个可调参数,可以在模拟过程中修改。为了计算带通滤波器在每个时间步的中心频率,我们包含了一个matlab函数块,将matlab代码的一部分合并到仿真模型中。此块包含一个脚本,用于在每个时间集输出与信号功率谱最大值相关的频率。用p韦尔奇函数计算输入信号的功率谱。在指数的最大值用于输出所需信号的频率。
让我们运行模拟来查看可调过滤器的运行情况。我们可以看到,在模拟过程中,可变带宽IIR块的中心频率紧跟所需信号的频率。将原始信号与滤波后的信号在采样频率范围内进行比较,我们可以注意到滤波后的信号,约60 DVC的信噪比大于约45 DVC的原始信噪比,这意味着降噪。
最后,让我们考虑如何实现由系数值指定设计的可调滤波器来实现类似的响应。在第三种情况下,将采用分子和分母系数驱动的可调后向滤波器块作为带通滤波器,以减少来自上一个例子中相同gerb信号的噪声。进一步检查反向滤波器,我们可以注意到系数源被设置为输入端口,允许分子和分母滤波器系数在运行时可调。
再一次,包括matlab函数块。这一次计算每个时间步的可调滤波器块参数。在用p韦尔奇法确定带通滤波器的中心频率后,利用设计程序EQ函数计算带通滤波器的分子系数和分母系数。滤波器设计函数接受增益、中心频率和带宽的多个输入,这是我们上面定义的。让我们运行模拟来看看反向过滤器的效果。
从频谱分析仪可以看出。背景滤波器块动态调整滤波器系数,在每个时间步重新设计滤波器,以有效地跟踪和滤波所需的信号。再次观察信噪比,我们可以注意到,滤波后信号约90 DVC的信噪比值远大于原始信号约45 DVC的信噪比值,这是噪声降低的标志。
总而言之,DSP系统工具箱支持一系列可调和可调滤波器设计,用于FI金宝appR和IIR滤波器。如果你事先知道你的过滤器的响应在运行时是不变的,不可调滤波器设计块可以用来设计和实现FIR和IIR滤波器。另一方面,可变带宽FIR和IIR滤波器离散FIR滤波器和反向滤波器块可以通过滤波器参数和系数在运行时调整滤波器响应。有关使用DSP系统工具箱设计和实现滤波器的更多信息和示例,请访问我们的文档。
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