《模拟信号处理》ppt课件

1、4 信号的滤波信号的滤波(Signal Filtering) 1 滤波器滤波器(Filter)分类分类 2 滤波器的串滤波器的串/并联并联 3 理想滤波器理想滤波器 4 实践滤波器实践滤波器 5 恒带宽恒带宽(constant bandwidth)、恒带宽比滤波、恒带宽比滤波器器 6 RC无源滤波器无源滤波器(passive filter) 7 滤波器的运用滤波器的运用4 信号的滤波信号的滤波 滤波器是一种选频安装，可以使信号中特定频率滤波器是一种选频安装，可以使信号中特定频率成分经过，而极大地衰减其他频率成分成分经过，而极大地衰减其他频率成分 任何安装都是滤波器。安装的频率特性任何安装都是滤

2、波器。安装的频率特性(frequency characteristic)实践上就起到了选频实践上就起到了选频作用。作用。 1 滤波器分类滤波器分类 根据滤波器的选频作用分根据滤波器的选频作用分 低通低通高通高通1 滤波器分类滤波器分类 根据滤波器的选频作用分根据滤波器的选频作用分带通带通带阻带阻2 滤波器的串滤波器的串/并联并联 低通滤波器低通滤波器(low-pass filter )和高通滤波器和高通滤波器(High-pass filter)是滤波器的两种最根本的方式，是滤波器的两种最根本的方式，其它的滤波器都可以分解为这两种类型的滤波器。其它的滤波器都可以分解为这两种类型的滤波器。系统不失

3、真系统不失真(nondistortional)丈量条件丈量条件 设测试系统的输出设测试系统的输出y(t)与输入与输入x(t)满足关系满足关系 y(t)=A0 x(t-t0)t tA Ax(t)x(t)y(t)=A0 x(t)y(t)=A0 x(t)y(t)=A0 x(t-t0)y(t)=A0 x(t-t0) 该系统的输出波该系统的输出波形与输入信号的形与输入信号的波形准确地一致，波形准确地一致，只是幅值放大了只是幅值放大了A0倍，在时间上倍，在时间上延迟了延迟了t0而已。而已。这种情况下，以这种情况下，以为测试系统具有为测试系统具有不失真的特性。不失真的特性。时域条件时域条件系统不失真丈量条件

4、系统不失真丈量条件 做傅立叶变换做傅立叶变换(Fourier Transform) y(t)=A0 x(t-t0) Y()=A0e-jt0X() 不失真测试系统条件的幅频特性和相频特性应分不失真测试系统条件的幅频特性和相频特性应分别满足别满足 A()=A0=常数常数 ()=-t0频域定义频域定义3 理想滤波器理想滤波器 理想滤波器是指能使通带内信号的幅值和相位都理想滤波器是指能使通带内信号的幅值和相位都不失真，阻带内的频率成分都衰减为零的滤波器。不失真，阻带内的频率成分都衰减为零的滤波器。 满足不失真条件的滤波器满足不失真条件的滤波器 02000 -0 2ftccHfA eAfffHffft

5、其它 fcfcf Hfcfcf0A4 实践滤波器实践滤波器 理想滤波器是不存在的，实践滤波器幅频特性中理想滤波器是不存在的，实践滤波器幅频特性中通带和阻带间没有严厉界限，存在过渡带。通带和阻带间没有严厉界限，存在过渡带。 0fA4 实践滤波器实践滤波器 1) 截止频率截止频率(Cut-off frequency)fc：0.707A0所对应的频率所对应的频率 2) 波纹幅度波纹幅度(Ripple amplitude)d：绕幅频特性均值：绕幅频特性均值A0动摇值动摇值 3) 带宽带宽B和质量因数和质量因数Q：下两截频间的频率范围称为带宽：下两截频间的频率范围称为带宽(bandwidth)。中心频率

6、和带宽之比称为质量因数。中心频率和带宽之比称为质量因数(quality factor ) 。0ffc1fc2A00.707A0BQ=W0 / Bd4 实践滤波器实践滤波器 4) 倍频程倍频程(octave)选择性选择性W 指在上截止频率指在上截止频率fc2与与2fc2之间幅频特性的衰减之间幅频特性的衰减值，即频率变化一个倍频程时的衰减量。值，即频率变化一个倍频程时的衰减量。 倍频程衰减量以倍频程衰减量以dB/oct表示表示Octave，倍频，倍频程。衰减越快即程。衰减越快即W值越大，滤波器的选择值越大，滤波器的选择性越好。性越好。22220lgccAfWA f 4 实践滤波器实践滤波器 5)

7、滤波器因数滤波器因数(或矩形系数或矩形系数(rectangle coefficient) 滤波器幅频特性的滤波器幅频特性的-60dB带宽与带宽与-3dB带宽的比值带宽的比值来表示。来表示。 理想滤波器理想滤波器1。 通常运用的滤波器通常运用的滤波器15。603dBdBBB5 恒带宽、恒带宽比滤波器恒带宽、恒带宽比滤波器 根据实践滤波器中心频率与带宽之间的数值关系，根据实践滤波器中心频率与带宽之间的数值关系，模拟带通滤波器可以分为模拟带通滤波器可以分为 恒带宽带通滤波器恒带宽带通滤波器(Constant bandwidth) 恒带宽比带通滤波器恒带宽比带通滤波器5 恒带宽、恒带宽比滤波器恒带宽、

8、恒带宽比滤波器 恒带宽恒带宽(constant bandwidth)带通滤波器带通滤波器 所选带宽越窄，那么频率分辨力越高，所需求的所选带宽越窄，那么频率分辨力越高，所需求的滤波器数量就很大滤波器数量就很大 可变中心频率的恒带宽带通滤波器可变中心频率的恒带宽带通滤波器 用于相关滤波和扫描跟踪滤波用于相关滤波和扫描跟踪滤波 恒带宽比带通滤波器恒带宽比带通滤波器 用于倍频程频谱分析仪中用于倍频程频谱分析仪中 中心频率与带宽是按一定规律配置中心频率与带宽是按一定规律配置5 恒带宽、恒带宽比滤波器恒带宽、恒带宽比滤波器 倍频程滤波器倍频程滤波器(Octave filter) 满足满足 滤波器的中心频率

9、滤波器的中心频率 (center frequency) 滤波器的带宽滤波器的带宽(bandwidth) 滤波器的质量要素滤波器的质量要素(质量因数质量因数)212nccff012*ccfff/2/221022nnccBfff/2/20122nnBQf5 恒带宽、恒带宽比滤波器恒带宽、恒带宽比滤波器 邻接式衔接邻接式衔接 使前一个滤波器的使前一个滤波器的-3dB上截止频率与后一个滤波上截止频率与后一个滤波器的器的-3dB下截止频率相一致，这样的一组滤波器下截止频率相一致，这样的一组滤波器将覆盖整个频率范围。将覆盖整个频率范围。5 恒带宽、恒带宽比滤波器恒带宽、恒带宽比滤波器 1/3倍频程滤波器倍

10、频程滤波器6 RC无源滤波器无源滤波器(passive filter) 在测试系统中，常用在测试系统中，常用RC滤波器。由于这一领域滤波器。由于这一领域中信号频率相对来说不高。而中信号频率相对来说不高。而RC滤波器电路简滤波器电路简单，抗干扰强，有较好的低频性能，并且选用规单，抗干扰强，有较好的低频性能，并且选用规范阻容元件范阻容元件 。 一阶一阶RC低通滤波器低通滤波器 一阶一阶RC高通滤波器高通滤波器 RC带通滤波器带通滤波器6 RC无源滤波器无源滤波器yyxdeRCeedt 2121112arctan 2HfjfA fHffff 1) 一阶一阶RC低通滤波器低通滤波器6 RC无源滤波器无

11、源滤波器 2) 一阶一阶RC高通滤波器高通滤波器 1yyxee dteRC 22121arctan2fA fHffff 6 RC无源滤波器无源滤波器 3) RC带通滤波器带通滤波器 可以看作为低通滤波器可以看作为低通滤波器(low-pass filter )和高通和高通滤波器滤波器(High-pass filter)的串联的串联 12212212112121arctanarctan 22fA ffffff 7 滤波器的运用滤波器的运用7 滤波器的运用滤波器的运用 案例：旅游索道钢缆检测案例：旅游索道钢缆检测超门限报警超门限报警 7 滤波器的运用滤波器的运用 由案例提炼的典型实验：钢管无损探伤由案例提炼的典型实验：钢管无损