数字滤波器滤除电子测量系统中工频及其谐波干扰的研究

《数字滤波器滤除电子测量系统中工频及其谐波干扰的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、数字滤波器滤除电子测量系统中工频及其谐波干扰的研究

2、第1...DigitalFilterApplicationforSquelchonIndustrialFrequencyNoiseandItsHarmonic阶因果FIR数字滤波器的设计　　FIRDF的设计方法主要建立在对理想滤波器频率特性作某种近似的基础上。本设计采用窗函数法。窗函数法即选用一个长度为N=M+1点长的窗函数截取式(1)为有限长,并右移得到一个长为N的因果序列hN(n)，三阻带M阶因果FIR数字滤波器的数学模型为：　　500)this.style.ouseg(this)">　　500)this.sty

3、le.ouseg(this)">其中：hN(n)是1个全通滤波器减去3个带通滤波器。　　另外，窗函数的选择不同对多阻带滤波器的频谱影响也会不一样，这将作为一个独立的问题随后讨论。当采样频率为1500Hz，阶数M=999，阻带分别为48~52Hz,98~102Hz,148~152Hz时，式（2）所表示的三阻带滤波器的频谱如图2所示。500)this.style.ouseg(this)">　　从图2还可以看到，该滤波器具有线性相位，这也是FIR滤波器的优点之一。2时域卷积计算滤波输出2.1混有噪声的信号x(n)的采集　　有用信号为s(n)，被工频噪声和其谐波污染，由于高次

4、谐波所占的频谱份量较小而忽略不计，只考虑到其二次100Hz和三次谐波150Hz的干扰，因此所设计的滤波器仅有3个阻带。实际上，若还考虑4次、5次等谐波的干扰，则阻带应增加到5个，设计方法类似，只要修改其数学模型即可。为了便于验证滤波器的性能，现假设有用信号为s(n)为一个频率为75Hz的正弦信号，则信号x(n)的时域和频域图如图3所示。500)this.style.ouseg(this)">2.2时域卷积　　设x(n)的长度为N1点，滤波器hN(n)长度为N2,则卷积输出y(n)应为N1+N2-1点，但只有y(N2-1)~y(N1-1)的N1-N2点才是真正的结果

5、［1］。y(n)的时域和频域如图4所示。500)this.style.ouseg(this)">3改变参数对滤波效果的影响3.1阶数变化对滤波性能的影响　　在保持抽样频率为fs=1500Hz不变,窗函数不变的情况下,变化滤波器的阶数,滤波效果也会发生明显的变化,下面就阶数M=399,499,599时滤波器的滤波效果进行了比较，如图5所示。可以得出，阶数N增大,N/fs=ΔT则越小，所以滤波器的分辨率Δf=1/ΔT越好［1］，则滤波效果越好，与试验结果一致。500)this.style.ouseg(this)">3.2不同窗函数对滤波性能的影响　　要达到好的滤波效果，不

6、仅需要较高的滤波阶数，还需要选择合适的窗函数［2］。下面，就在阶数为399阶,抽样频率1500Hz的情况下，将不同窗函数对滤波效果的影响进行了比较，如图6所示。500)this.style.ouseg(this)">　　经过以上比较，可见汉宁窗和哈明窗的滤波效果都要好于布莱克曼窗。这是因为汉宁窗和哈明窗的主瓣宽度为Bo=8π/N,而布莱克曼窗的主瓣宽度为Bo=12π/N。可见，主瓣宽度对滤波效果的影响起主要作用。主瓣越窄滤波效果越好［1］。随着阶数M的增加，主瓣宽度变窄，窗函数的影响也变得越来越小,所以,在阶数比较小的时候,窗函数对滤波效果的影响很大。4结语　　由于工

7、频噪声及其谐波间的带宽只有50Hz,为了更好地抑制这种干扰，要求各阻带间的过渡带比较窄，而窗函数的主瓣宽度影响滤波器的过渡带［3］，又因主瓣宽度是阶数的倒数［1］，所以，滤波器的阶数应在1000以上。为了提高卷积速度，可以采用FFT算法实现实时滤波输出。