Задания на лабы 2007 / LABS / labview1_5 / MANUAL / FILTER

Разработка IIR фильтра

При использовании цифрового фильтра, для обработки данных, Вы должны знать его спектральные характеристики. Вы можете использовать следующий пример, чтобы исследовать спектральные свойства IIR фильтра.

LabVIEW имеет пять типов рекурсивных фильтров: фильтры Баттерворта, Чебышева, Чебышева II, Эллиптический и Бесселя.

Каждый тип фильтра имеет четыре основные, часто используемые конфигурации: низкочастотный, высокочастотный, полосовой и полосовой режекторный.

Параметрами фильтра, которыми Вы можете управлять являются - нижняя и верхняя частоты среза, порядок фильтра, колебания полосы пропускания в децибелах, и колебания полосы задержки. Данный пример показывает спектральную функцию в линейном или логарифмическом виде.

Следующая блок-диаграмма определяет спектральную характеристику фильтров. Импульсный сигнал пропускается через фильтр, для получения амплитудной и фазовой характеристик фильтра. С помощью структуры выбора находящейся справа от VI Impulse pattern можно выбрать вид фильтра (Баттерворт, Чебышева, Чебышева II, Эллиптический, или Бесселя) и тип (низкочастотный, высокочастотный, полосовой, или полосовой режекторный). Сигнал, полученный из структуры выбора является импульсной характеристикой системы.

Соответствие между передаточной функцией системы и импульсной характеристикой устанавливается через преобразование Фурье, таким образом, что импульсная характеристика и передаточная функция является парами преобразований Фурье

Где h(t) - импульсная характеристика, и H(f) - передаточная функция (частотная характеристика).

Поскольку выходным сигналом из структуры выбора является импульсная характеристика, Вы можете вывести передаточную функцию используя преобразование Фурье. Половина информации является избыточной, так что Вы должны обработать только половину информации после применения БПФ VI. Информацию о амплитуде и фазе намного проще интерпретировать чем реальную и мнимую компоненты БПФ, и Вы можете, следовательно, использовать 1D  Прямоугольный к Полярному VI, для получения амплитуды и фазы. В заключение, разверните фазу и преобразуйте ее в градусы, а амплитуду преобразуйте в децибелы.

Следующий график показывает амплитуду эллиптического полосового фильтра.

Следующий график показывает фазовую характеристику эллиптического полосового фильтра.

Заметьте, что информация о фазе нелинейна и должна рассмотреться при выборе IIR или FIR фильтра , для обработки данных.

Разработка FIR фильтра

Вы должны использовать FIR фильтры , для получения линейных фазовых характеристик. Линейная фазовая характеристика предполагает, что все частоты в системе имеют одну и ту же задержку распространения.

Следующая блок-диаграмма показывает частотную характеристику FIR фильтров Чебышева. Блок-диаграмма похожа на ту которая использовалась в примере рарзаботки IIR фильтра, поскольку к этому типу фильтра применяется та же самая математическая теория.

Следующие графики показывают амплитудную и фазовую характеристики полосового FIR фильтра.

Разрывы в фазе являются результатом использования абсолютного значения амплитуды.

Зашумленный импульс, анализируемый с применением медианного фильтра

Одно из условий, которые накладывает Параметры Пульса VI - это то, что ожидаемая пиковая(максимальная) амплитуда шумовой части сигнала, должна быть меньше или равняться 50 % ожидаемой амплитуды пульса. Это условие необходимо, поскольку после того, как VI заканчивает модальный анализ, чтобы определить данные и вершину, трудно различить шум и сигнал без более подробной информации. В некоторых практических приложениях, отношение импульза к шуму трудно получить, и Вы должны сделать некоторую предварительную обработку для извлечения информации о пульсе.

Если импульс захоронен в шуме, чья ожидаемая максимальная амплитуда превышает 50 % ожидаемой амплитуды импульса, использование низкочастотного фильтра удаляет некоторое количество нежелательного шума. Однако, фильтр также сдвигает сигнал во времени и размазывает грани импульса, поскольку эти грани содержат информацию высокой частоты.

Фильтр медианы может извлекать импульс более эффективно. Фильтр медианы является нелинейным фильтром, который удаляет шум высокой частоты с сохранением граничной информации.

Следующая блок-диаграмма показывает, как использовать VI Фильтр Медианы , для успешного анализа зашумленного импульса, в котором ожидаемая максимальная амплитуда шума больше чем 100 % от ожидаемой амплитуды импульса.

Следующий график показывает, как Вы можете легко проследить сигнал импульса при помощи фильтра медианы несмотря на то, что импульс глубоко захоронен в шуме.

Передвигая высокочастотный шум с помощью VI Фильтр Медианы , Вы можете достигать требуемого условия для VI Параметр Пульса и заканчивать анализ правильно. Результаты, показанные на следующем рисунке соответствуют проанализированному импульсу показанному на предыдущем графике.

Идеальные значения импульса были следующие:

Амплитуда: 5.0 В

Задержка: 64 Выборки

Ширина: 32 Выборки