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基于FPGA的FIR数字滤波系统设计与实现

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信息通信 2019年第9期32卷 37-39页

作者：张倩倩韩佳玮中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所

文章提出一种基于FPGA的FIR数字滤波系统的设计方案,以FPGA为核心控制单元,通过Matlab设计fir滤波器系数,调用Quartus II自带的IP核实现fir滤波功能,结合ModelSim仿真,对输出信号进行时域、频域分析,构建出一套全数字的fir滤波器设计与... 详细信息

文章提出一种基于FPGA的FIR数字滤波系统的设计方案,以FPGA为核心控制单元,通过Matlab设计fir滤波器系数,调用Quartus II自带的IP核实现fir滤波功能,结合ModelSim仿真,对输出信号进行时域、频域分析,构建出一套全数字的fir滤波器设计与仿真体系。进而实现了一种集信号发生器、数据采集器和fir滤波器为一体的FIR数字滤波系统。经实验,该系统可以显著提高信号的信噪比,降低均方误差。文章提出的FIR数字滤波系统及其实现方法,具备一定的推广和应用价值。

关键词： FIR数字滤波 IP核全数字信噪比

数字化变电站中FIR数字滤波与数据同步设计及FPGA实现

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数字化变电站中FIR数字滤波与数据同步设计及FPGA实现

作者：陶儒奎山东大学

学位级别：硕士

随着数字化变电站的快速发展,合并单元(MU)的应用也变得越来越广泛。在数字化变电站中,一方面合并单元采集的数据要求保证一定的精度,同时要求含有较高的谐波频率成分,以便提供给测量、保护等后续单元使用,但存在智能电子装置中的保护... 详细信息

随着数字化变电站的快速发展,合并单元(MU)的应用也变得越来越广泛。在数字化变电站中,一方面合并单元采集的数据要求保证一定的精度,同时要求含有较高的谐波频率成分,以便提供给测量、保护等后续单元使用,但存在智能电子装置中的保护装置接收数据不需要含有高次谐波的问题;另一方面对于数字化变电站中的多个合并单元都把数据输送给保护等装置,而各个合并单元采样数据不一定在同一时刻,这就使得保护等装置对各路数据的同时获取存在着问题。为了解决上述问题,本文提出大合并单元思想,它把FIR数字滤波和数据同步结合在一起研究,并用FPGA实现。具体工作如下： (1)介绍了FIR数字滤波的基本原理,重点阐述了数字滤波分布式算法(DA),并对分布式算法优化进行了分析。同时还介绍了数据同步的基本原理,分析了线性、牛顿和二次数据同步方法在理论情况下的最大误差。 (2)对数字滤波分布式算法采用了基于Verilog语言的FPGA实现,整个设计过程采用的是自顶而下的层次化和独立模块的模块化思想。并且设计时采用了分和式算法的OBC编码、多个查找表分割等优化算法,将设计的结果与Matlab(?)勺仿真结果进行比较,证明了设计的正确性。 (3)对线性数据同步、牛顿数据同步和二次数据同步也采用了基于Verilog语言的FPGA实现,三种算法采用了乘法和除法基本模块,以及两种基本模块的变换模块来实现各算法,然后分析各算法的结果并进行比较,得到各种算法的适用情况,最后FPGA实现的结果与Matlab仿真结果进行比较,证明设计方法是正确的。 (4)把数字滤波和数据同步结合在一起,提出大合并单元思想,分别把数字滤波与线性数据同步、牛顿数据同步、二次数据同步结合在一起,并且用FPGA实现,最后对各种结合算法的结果进行分析比较。得出了大合并单元的方法能满足数字化变电站中对幅值精度和时问精度的要求。实现了大合并单元对采样数据的数字滤波和数据同步。

关键词：数字化变电站 FIR数字滤波分布式算法数据同步

广域电磁法有效信号提取中的FIR数字滤波技术研究

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广域电磁法有效信号提取中的FIR数字滤波技术研究

作者：杨册中南大学

学位级别：硕士

广域电磁法是中南大学何继善院士提出的新的人工源频率域电磁测深法。该方法中定义了广域视电阻率,野外施工中只需测量一个电磁场分量,并且摆脱了“远区”测量的限制;采用伪随机信号作为人工源信号,能够同时获得多个深度的地电信息,提... 详细信息

广域电磁法是中南大学何继善院士提出的新的人工源频率域电磁测深法。该方法中定义了广域视电阻率,野外施工中只需测量一个电磁场分量,并且摆脱了“远区”测量的限制;采用伪随机信号作为人工源信号,能够同时获得多个深度的地电信息,提高了测量精度和工作效率,是进行油气勘探、金属矿勘查、深部地球物理探测的有效手段。然而,由于电磁测深的电磁场特征和数据处理的局限性,信号分辨率较低,通过提取有效信号,提高数据信噪比,以获得可靠的电磁响应函数具有重大意义。根据原始资料特征和后期数据处理需要,本文提出将FIR数字滤波技术应用于广域电磁法有效信号的提取。本文介绍了广域电磁法理论,对伪随机信号进行了分析;结合实测数据得到有效信号和干扰信号的频谱特征,分析了数字提取技术的缺陷,并根据实际工作中各频段采样率及有效信号频谱特征,拟定滤波器的性能指标,研究实现目标的fir滤波算法。本文结合多采样率信号处理技术使窄带fir选频滤波器的设计得以实现,主要是在滤波过程中,对信号进行抗混叠滤波,抽取等实现的。通过对所设计fir滤波器的频谱特性、抗混叠特性进行分析,说明了采用多采样率结构设计窄带fir滤波器能够有效从通带宽度、阻带衰减、截止频率等方面对fir选频滤波器的性能进行控制。通过基于Matlab的仿真模拟和分析,结果表明选频滤波器能够滤除主频率外的噪声,突出有效信号,明显提高数据质量。

关键词：广域电磁法伪随机信号 FIR数字滤波多采样率信号处理信号提取

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MT时间序列的FIR数字滤波分析

物探与化探 2007年第B10期31卷 24-28页

作者：李建华林品荣何畏郑采君桂林工学院广西桂林541004 中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所河北廊坊065000 中国矿业大学北京100083

大地电磁测深法(MT)野外观测得到的原始资料是包含多种频谱的时间序列,这种时间序列中常包含不需要的信息和50 Hz及其谐波的干扰。结合FIR数字滤波技术与MT时间序列的特征,提出了一种基于FIR数字滤波技术的MT时间序列去噪方法,讨论了FI... 详细信息

大地电磁测深法(MT)野外观测得到的原始资料是包含多种频谱的时间序列,这种时间序列中常包含不需要的信息和50 Hz及其谐波的干扰。结合FIR数字滤波技术与MT时间序列的特征,提出了一种基于FIR数字滤波技术的MT时间序列去噪方法,讨论了FIR数字滤波器的原理和实现,分析了理论数据通过FIR数字滤波的带通和陷波处理,探讨了对实测时间序列的带通和陷波所取得的效果。

关键词：大地电磁测深 FIR数字滤波数据处理去噪

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基于数字滤波的光电检测系统设计与实现

基于数字滤波的光电检测系统设计与实现

作者：冯亚操南京信息工程大学

学位级别：硕士

自21世纪以来,光电检测技术已经应用到包括像家用、工用以及军用等等的各个方面,与此同时计算机技术的迅速发展为光电检测数据的后期处理提供了强力的支持。在数据处理时,传统的模拟滤波需要电路的稳定可靠性作为要求,而电路稳定性极容... 详细信息

自21世纪以来,光电检测技术已经应用到包括像家用、工用以及军用等等的各个方面,与此同时计算机技术的迅速发展为光电检测数据的后期处理提供了强力的支持。在数据处理时,传统的模拟滤波需要电路的稳定可靠性作为要求,而电路稳定性极容易受到环境等因素的影响,所以研究一种基于数字滤波的光电检测方法变得尤为重要。为了满足大气气溶胶检测准确性的需要,以及提升系统的稳定性,本论文将从数字滤波的方向出发设计出一套双光路单探测器的光电检测系统。本系统主要由三部分组成:一是设计了基于双通道的单探测器检测装置,其主要是产生两路可通过待测物的不同频率光信号并进行光电信号的转换;二是利用12位采样精度的STM32F407VET6型单片机对转换的电信号进行采样,并通过串口输出采样数据;三是通过Visual C++6.0集成开发环境进行数字滤波软件的开发,通过微软基础类库(MFC)构建了软件外部框架,并通过设计加窗fir滤波函数实现了对采样信号的滤波处理,同时设计快速傅里叶变换(FFT)函数实现了频谱的计算处理,最后通过内存绘图显示在软件上。为了验证实验数据的可行性,将FIR数字滤波软件的滤波数据保存在本地,通过将示波器的读取下来的单一频率的原始数据进行了正弦信号的拟合,对拟合的数据进行了有效值的计算,同时利用MATLAB计算了两个频率叠加的信号的频谱对比数据发现滤波器与示波器两个频率信号的有效值比值十分接近。因此本系统可以作为基于数字滤波的双通道单探测器光电检测系统的解决方案。

关键词： FIR数字滤波光电检测 MFC 单探测器 STM32

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模拟信号复杂数字滤波处理在PLC中的应用

测控技术 2015年第11期34卷 40-43页

作者：黄志辉李云峰杨星星廖湘华中南大学机电工程学院湖南长沙410083

针对工业环境中干扰对压力传感器模拟信号的影响,为提高压力传感器的分辨率,提出了一种基于PLC实现复杂软件数字滤波的算法。通过对压力传感器输出电路以及输出信号特征的研究分析,设计出相应的FIR数字滤波算法,使传感器分辨率达到0.4... 详细信息

针对工业环境中干扰对压力传感器模拟信号的影响,为提高压力传感器的分辨率,提出了一种基于PLC实现复杂软件数字滤波的算法。通过对压力传感器输出电路以及输出信号特征的研究分析,设计出相应的FIR数字滤波算法,使传感器分辨率达到0.4‰以上,即满量程为800 N时,系统能识别0.32 N的变化。实验证实该PLC数字滤波程序提高了PLC处理模拟信号的分辨率,使系统能识别到0.1 N的压力变化,为后续精确控制提供保障。

关键词： PLC 模拟信号复杂软件数字滤波 FIR数字滤波

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FIR数字滤波器在振动测试系统中的应用

橡胶工业 2004年第8期51卷 491-493页

作者：王金健杭柏林都强青岛高校软控股份有限公司山东青岛266045

使用FIR数字滤波原理设计通带范围为 0～ 10Hz的数字滤波器 ,并采用Blackman窗函数分别以 199,3 99,5 99,799,1199阶对振动试验机采集的数据做滤波处理。结果表明 ,当阶数大于 3 99时 ,滤波器可有效地滤除干扰噪声。

关键词： FIR数字滤波窗函数法 Blackman窗

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FIR数字滤波器在风机振动系统中的应用

国外电子测量技术 2007年第10期26卷 75-77,79页

作者：娄海英盛佳乐李杏春北京交通大学电气工程学院北京100044

本文介绍了FIR数字滤波器的原理、窗函数设计法及应用。使用海明窗设计fir带通滤波器,并应用在风机振动监测系统中。首先在MATLAB上仿真滤波器的设计,并模拟滤波过程,评估滤波效果;然后将fir带通滤波器应用到实际风机振动系统中。根据... 详细信息

本文介绍了FIR数字滤波器的原理、窗函数设计法及应用。使用海明窗设计fir带通滤波器,并应用在风机振动监测系统中。首先在MATLAB上仿真滤波器的设计,并模拟滤波过程,评估滤波效果;然后将fir带通滤波器应用到实际风机振动系统中。根据实际系统的特点,利用快速卷积和重叠保留法,保证了数字滤波器处理过程的实时性和快速性,并节省了硬件资源消耗。实验结果证明,设计的滤波器性能良好,对正确分析风机振动情况有着较高的应用价值。

关键词： FIR数字滤波窗函数法快速卷积重叠保留法 MATLAB

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炮载捷联惯导晃动误差补偿方法

中国惯性技术学报 2017年第1期25卷 37-42页

作者：王志伟秦俊奇杨功流石志勇狄长春王风杰军械工程学院北京航空航天大学陕西华阴63870部队

以某型自行火炮为研究对象,分析了其在匀速直线行驶过程中车体晃动的特点。提出了利用加速度信息修正陀螺信息的晃动补偿新方法,并详细推导了补偿公式,利用传统解析法实现了自行火炮在匀速直线行驶条件下粗对准。仿真结果表明,利用加速... 详细信息

以某型自行火炮为研究对象,分析了其在匀速直线行驶过程中车体晃动的特点。提出了利用加速度信息修正陀螺信息的晃动补偿新方法,并详细推导了补偿公式,利用传统解析法实现了自行火炮在匀速直线行驶条件下粗对准。仿真结果表明,利用加速度计信息可以准确得出当前姿态角和角速度,并且能够有效补偿陀螺晃动误差。在跑车试验中,首先利用FIR数字滤波器处理加速度计输出信息,然后用所提补偿方法补偿陀螺输出,结果表明在匀速直线行驶条件下,经过晃动补偿后传统解析式粗对准的精度与未经补偿的惯性系粗对准的精度相当,水平失准角均优于0.1021mil,航向失准角优于3.8603mil,表明该方法具有良好的工程适用性。

关键词：晃动补偿捷联惯导粗对准 FIR数字滤波