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常用數字濾波方法

發布時間:2022-01-07 04:06:55

『壹』 一般的數字濾波器的使用方法

確定數字濾波器的系數後,直接按照數字濾波器的結構圖,編寫程序即可啊。

『貳』 頻率域快速數字濾波方法

1.頻率域濾波的步驟

(1)對已知地震記錄道進行頻譜分析

設已知地震記錄x(t),如圖9-2-1,包含了有效波s(t)和干擾波n(t)。對此地震記錄道進行頻譜分析,有效波頻率成分在ω1~ω2范圍,干擾波在ω3~ω4范圍,兩者基本上是分開的。見圖9-2-2。

(2)設計合適的濾波器

為了濾去干擾波的頻譜成分,需要設計一個帶通濾波器(圖9-2-3),即在頻率ω1~ω2范圍|H(ω)|=1,在其他頻率范圍|H(ω)|=0,這個濾波器可表示如下:

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(3)進行濾波運算

根據濾波方程,對地震記錄道x(t)進行濾波,相當於令x(t)的譜X(ω)與濾波器的頻率特性H(ω)相乘,得到 ,相乘後的譜 中消除了干擾波成分,見圖9-2-4。

圖9-2-1 濾波前地震記錄道

圖9-2-2 地震記錄的頻譜

(4)對輸出信號譜 進行傅立葉反變換,得到濾波後的輸出 ,見圖9-2-5。頻率濾波的過程可以歸納為以下的數學運算:

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圖9-2-3 帶通濾波器

圖9-2-4 濾波後地震記錄道頻譜

圖9-2-5 濾波後地震記錄道

可見,要進行頻率濾波,必須進行兩次傅立葉變換,即正、反傅立葉變換。由於採用了快速演算法,運算時間大大減少,頻率域濾波得到廣泛應用。

2.用快速傅立葉變換進行濾波的幾個問題

(1)周期性

已知正、反離散傅立葉變換(DFT)公式如式(9-2-2)和(9-2-3)

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式中N是時間域抽樣點個數,也是計算出的頻率抽樣個數,由連續傅立葉變換過渡到離散傅立葉變換時使用了

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則(9-2-2)和(9-2-3)可以寫成一種形式,即

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(9-2-4)是完成一對DFT的條件,否則就不能進行正、反傅立葉變換的對應計算。可以看出,N就是傅立葉變換的頻率抽樣點周期,由(9-2-2)式可寫出

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由於

所以

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(9-2-6)表示X(m)確是以N為頻率抽樣點數的周期,它表示應用(9-2-2)式計算X(m)時,如果給定的x(n)是N個值,那麼只要計算N個X(m)就行了,再多計算就重復

了。見圖9-2-6。例如N=50時,

X(0)=X(50)

X(1)=X(51)

……………………

X(49)=X(99)

圖9-2-6 頻譜圖形

在m=0~49一段是計算出的X(m)值,由於以N=50為周期,m=50~99一段與m=0~49是重復的,這就出現了因離散而出現的偽門現象。因此公式(9-2-4)中的參數N,在編製程序時要選擇好,應既是x(n)的抽樣個數,也是計算X(m)的個數,又是頻率抽樣個數的周期。它必須滿足條件 ,即在編製程序計算X(m)或x(n)時,選擇參數Δt,Δf和N必須滿足式(9-2-4)。同時周期性告訴我們,在進行快速傅立葉變換時,只要計算N個值就行了,再多計算就重復了。

(2)對稱性

對稱性是指當x(n)是實數序列時,計算出的頻譜滿足

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證明:由式(9-2-2)可知

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由於

所以得到

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此式表明,N-m點處的頻率對應的頻譜值X(N-m)和m點處頻率對應的頻譜值是共軛關系,X(m)與X(N-m)共軛,其模是相等的

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例如當N=50時,m=26~50一段的|X(m)|值與m=0~24一段的|X(m)|形狀對稱。這說明當x(n)取實數序列時,復變譜共軛,振幅譜對稱於N/2點處,見圖9-12的頻譜圖形。

3.用FFT演算法實現頻率域數字濾波的具體方法

1)首先確定理想濾波器的頻率特性,起始頻率ω1和終止頻率ω2,對ω1和ω2要求是在頻率間隔的整數倍處;

2)對給定的記錄x(n),(n=0,1,…,N-1),取N=2m的離散點數做FFT,計算復變譜X(m)(m=1,1,2,…,N-1),在內存中開辟兩個區,一個區存入復變譜的實部,一個區存入復變譜的虛部;

3)按照濾波器的起始頻率和頻帶寬度,對給定的復變譜實部和虛部將要濾去的頻率成分充零,得到新的復變譜 的實部和虛部;

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4)再對 做反傅立葉變換,得到濾波後的地震記錄

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下面舉例說明以上步驟。例如,有一時間序列x(n)(n=0,0,1,1,1,1,0,0),抽樣間隔為Δt=10ms,N=8,要求用頻率濾波濾去0,12.5Hz分量,求x^(n)。

①對x(n)做正傅立葉變換FFT,見表9-2-1。

表9-2-1 對x(n)做正變換數據

由於時間抽樣間隔Δt的倒數和頻率抽樣間隔Δf相差N倍,所以此處重排時要被N除。由此得到xn的復變譜X(m),見圖9-2-7,由於N=8,Δt=0.01ms,所以Δf=12.5Hz。

②對復變譜X(m)進行頻率濾波,為了濾去0、12.5Hz的頻率分量,將0、12.5Hz及87.5Hz對應的X(m)值充零,得到濾波後的頻譜 ,見表9-2-2。

表9-2-2 濾波後的頻譜

根據表9-2-2計算出的振幅譜見圖9-2-8。

圖9-2-7 x(n)的離散復變譜

圖9-2-8 濾波後的振幅譜

③對濾波後的頻譜 做反傅立葉變換得到所要求的輸出 ,見表9-2-3。

根據表9-2-3作出的振動圖形見圖9-2-9。

表9-2-3 輸出 的數據

④為了驗證 與 的對應關系,再對 做一次正傅立葉變換FFT,根據表9-3計算振幅譜作圖9-2-9與圖9-2-8相同。

由以上例子可以得到以下幾點:

a.FFT全部是復數運算;

b.計算出的復變譜以N/2為中心,有共軛關系;

c.頻率濾波時,對濾去的頻率分量fk充0,同時對fN-k的頻率分量也要充0,否則不能進行反變換。

圖9-2-9 濾波後的振動圖形

『叄』 數字濾波器的特點和方法

FIR、IIR是常用的數字濾波器。特點是隨著階數的增加,濾波器過渡帶越來越窄,也即矩形系數越來越小。FIR是線性相位的,無論多少階,在通帶內的信號群時延相等,也即無色散,對於PSK這類信號傳輸尤為重要,IIR通常是非線性的,但是目前也有準線性相位設計方法得到IIR數字濾波器的系數,其結果是使得通帶內的相位波動維持在一個工程可接受的范圍內。IIR比FIR最大的優點是達到同樣的矩形系數所需的階數少,往往5階的IIR濾波器就可以比擬數十上百階的FIR濾波器。但是另一方面,FIR濾波器的系數設計方法很多,最普遍的是加窗,種類繁多的窗函數可以得到各種你所需要的通帶特性。
設計方面,Matlab以及其他專業的分析模擬工具(如ADS)都提供完整的系數計算、分析工具,FPGA設計軟體一般也都提供FIR濾波器的IP核,DSP軟體則提供內嵌的FIR函數,除非你立志成為一個專業演算法設計師,否則沒有必要學習如何設計一個數字濾波器,只需要學習如何使用,在怎樣的條件下使用怎樣的濾波器就可以了。

『肆』 常用的數字濾波的方法都有哪些,寫出其中三種數字濾波的演算法

經典濾波的概念,是根據傅里葉分析和變換提出的一個工程概念。根據高等數學理論,任何一個滿足一定條件的信號,都可以被看成是由無限個正弦波疊加而成。換句話說,就是工程信號是不同頻率的正弦波線性疊加而成的,組成信號的不同頻率的正弦波叫做信號的頻率成分或叫做諧波成分。實際上,任何一個電子系統都具有自己的頻帶寬度(對信號最高頻率的限制),頻率特性反映出了電子系統的這個基本特點。而濾波器,則是根據電路參數對電路頻帶寬度的影響而設計出來的工程應用電路 。
現代濾波
現代濾波思想是和經典濾波思想截然不同的。現代濾波是利用信號的隨機性的本質,將信號及其雜訊看成隨機信號,通過利用其統計特徵,估計出信號本身。一旦信號被估計出,得到的信號本身比原來的信噪比高出許多。典型的數字濾波器有Kalman濾波,Wenner濾波,自適應濾波,小波變換(wavelet)等手段[3] 。從本質上講,數字濾波實際上是一種演算法,這種演算法在數字設備上得以實現。這里的數字設備不僅包含計算機,還有嵌入式設備如:DSP,FPGA,ARM等。

『伍』 什麼是數字濾波 常用的數字濾波方法有哪些

經典濾波的概念,是根據傅里葉分析和變換提出的一個工程概念。根據高等數學理論,任何一個滿足一定條件的信號,都可以被看成是由無限個正弦波疊加而成。換句話說,就是工程信號是不同頻率的正弦波線性疊加而成的,組成信號的不同頻率的正弦波叫

『陸』 請問數字濾波的方法有那些什麼是「加窗」

FIR 有限沖擊響應濾波器
IIR 無限沖擊響應濾波器

加窗就是在已經設計好的均勻濾波器系數向量上點乘一個加窗系數向量,以降低主旁瓣比,或獲得想要的濾波其性能。

『柒』 計算機數字濾波方法有哪些

傻逼

『捌』 數字濾波常用方法有幾種,維納、卡爾曼、自適應濾波是非線性濾波方法,線性的有FIR和IIR濾波結構嗎

現在濾波方法主要該算是維納和卡爾曼,自適應濾波中LMS其實就是變系數的維納濾波,維納濾波本身也是線性濾波,FIR和IIR是傳統的頻率域的濾波方式,和維納卡爾曼這種現代濾波出發點不是一回事兒

『玖』 用於抗干擾的數字濾波方法有哪兩類

應該是硬體濾波和軟體濾波兩大類。
常用的幾種軟體濾波方法
(1)中值濾波法:即每次取N個AD值,去除其中的最大值和最小值而取剩餘的N-2個A/D轉換值的平均值。
(2)程序判斷濾波法:即根據經驗確定出兩次采樣的最大偏差ΔY,若先後兩次采樣的信號相減數值大於ΔY,表明輸入為干擾信號,應去除;用上次采樣值與本次采樣值比較,若小於或等於Δ Y,表明沒有受到干擾,此時本次采樣值有效,這樣可以濾去隨機干擾和感測器不穩定而引起的誤差。
(3)利用格拉布斯(Grubbs)准則進行處理:根據誤差理論,要有效地剔除偶然誤差,一般要測量10次以上,兼顧到精度和響應速度,取15次為一個單位。在取得的15個數據中,有些可能含有較大的誤差,需要對它們分檢,剔除可疑值,提高自適應速度。對可疑值的剔除有多種准則,如萊以達准則、肖維勒(Chauvenet)准則、格拉布斯(Grubbs)准則等。

『拾』 數字攝影測量中常用的濾波方法有哪些

你是說攝影測量中圖像的濾波嗎,鄰近法、雙線性、雙三次,和圖像處理中一樣

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