滤波器部分小结

滤波器一、浅谈对滤波器的认识1、α-β滤波器（1）应用：距离预测（2）原理：实际滤波值由测试值与预测值得到。α-β滤波器Rn'1Rn×Rn1图1.α-β滤波器原理框图第n时刻的实际值Rn通过α-β滤波器得到第n+1时刻的预测值Rn+1′，反馈回系统与实际值Rn+1加权累加，对α-β滤波器的α、β系数进行修正，抑制掉不稳定的因素，最终输出稳定的滤波值，从而进行更精确的距离预测。2、匹配滤波器（1）滤波器设计原理：A、使滤波器输出的信号波形与发送信号波形之间的均方误差最小——维纳滤波器。B、使滤波器输出的信噪比在某一特定时刻达到最大——匹配滤波器。（2）匹配滤波器在接收机中的应用匹配滤波器在雷达系统中用于雷达接收机数字信号处理，实现脉冲压缩。雷达系统中接收机对接收到的回波信号进行A/D采样，然后进行分析。由于抽样判决器输出数据正确与否与输出信号波形的失真程度无关，而只取决于抽样时刻信号的瞬时功率与噪声平均功率值比，即信噪比；信噪比越大，则错误判决的概率就越小。此外对于雷达系统，接收机端信噪比越大，意味着整个系统的噪声系数越小，雷达威力越大。S00'H图2.匹配滤波器的频率响应函数0t0ttt)(ts)(thOO图3.匹配滤波器的脉冲响应匹配滤波器在t0时刻输出端输出的最大信噪比为(SN)max=2EN0N0是出入噪声谱密度，E是输入信号能量。3、模拟滤波器（1）有源滤波器a.原理：有源滤波器通过向电网中注入与原有谐波电流幅值相等、相位相同、方向相反的电流，使流入电源的总谐波为零。有源滤波器一般是并联安装，效率较高，可动态滤出谐波的同时又能抑制闪变并补偿无功功率。b.常见的有源滤波器：晶体滤波器——石英晶体滤波器是最常见的晶体滤波器，是典型的窄带通滤波器，因为其通带波形具有严格的上升沿和下降沿。运算放大滤波器——通过集成电路实现多阶滤波。（2）无源滤波器a.原理:无源滤波器根据电容电感固有的阻抗特性，对某一特定的谐波呈低阻抗，为负载谐波电流提供较低的阻抗通道，与电网阻抗形成分流关系，使大部分谐波电流流入滤波器而不流入电网。无缘滤波器一般是串联安装，滤波效果略差，利用LC谐振原理滤波只能滤除某一次或多次特定频率谐波。b.按照通频带分类：①无源低通滤波器（LPF）：RCiUoU+-+-图4.一阶RC低通滤波器电路图传递函数：A=UoUi=1jωcR+1jωc=11+jωRC截止频率：ω0=1RC幅频特性：A=1√1+（ωRC）2幅频特性曲线：10.707A0图5.低通滤波器幅频特性曲线②无源高通滤波器+-iUoU-+CR图4.一阶RC高通滤波器电路图传递函数：A=UoUi=RR+1jωc=jωRC1+jωRC截止频率：ω0=1RC幅频特性：A=1√1+（1ωRC）2幅频特性曲线：10.707A0图6.高通滤波器幅频特性曲线③带通滤波器A10.707012图7.带通滤波器幅频特性曲线中心频率：ω0带宽：B=ω2−ω1④带阻滤波器A10.707012图8.带通滤波器幅频特性曲线中心频率：ω0带宽：B=ω2−ω1二、滤波器的参数（1）带宽（2）截止频率（3）带内插损：由于滤波器组件（电感、电容、导体和介质的不理想）的电阻性损耗，滤波器的输入输出端存在的反射损耗，即使在通带内，滤波器本身也会带来插入损耗（L=10lgUoUi）,这个值越小对系统影响越小。（4）带外抑制比：用通带外的带外滚降系数来描述，即滤波器通带外每频率下降的分贝数，值越大表示阻带内阻断信号的能力越强。（5）带内纹波：带内纹波即通带平坦度，表明通带插入损耗在带内的波动范围。带内纹波越低越好，否则会增加滤波器对不同频率信号的功率起伏。具体现实时窗函数的旁瓣相对值要尽可能小，数量尽可能少，以获得通带波纹小，阻带衰减大，在带内和带外均平稳的特性，从而使滤波器的实际频率响应更好地接近理想频率响应。（6）过渡带：为了优化滤波器的性能，要求窗函数的主瓣宽度尽可能窄以获得较窄的过渡带，过渡带的宽度和窗形状有关，且随窗宽的增加而减小。（7）群时延：群时延指系统在某频率处相位相对于频率的变化率；群时延是线性失真，可以表征线性时不变系统对信号造成的时延失真。可逐点测量也可扫频测量。对于两种数字滤波器——FIR和IIR，二者在相位上有明显差别：a.IIR是无限长脉冲响应滤波器，结构中有反馈，所以理论上脉冲响应永远不为零；但是是非线性相位，用于对相位不太敏感的场合（如语音）。b.FIR是有限长脉冲响应滤波器，无反馈，是线性相位，要实现更高的指标所需阶数要多于IIR（比如通过级联来获得宽频带及高带外抑制的特性）三、如何实现各参数的测试1.测量仪器（1）示波器：检测信号的瞬时值变化曲线：电压、电流、频率、相位差、调幅等。示波器测量的是时域波形，可以测周期信号也可以测非周期信号。（2）频谱仪：测量信号的功率、频率、失真产物等；用于射频和微波信号的频域分析，只能测量周期信号。（3）矢网：测量无源和有源网络的S参量，用于处理来自网络的投射波和反射波的幅值和相位，是射频和微波领域的万用表。2、实测范例要求中心频率为200MHZ,带宽为100MHZ.MHz/A10.707200015012502300400500如上图所示，给一激励通过频谱仪观察信号的频谱曲线，带宽、中心频率都可得到，需要注意的是为了避免二次谐波的干扰，扫频范围至少为0到500MHz。带内纹波可通过频谱仪观察150到250MHz内的响应幅度，可通过观察示波器在不同频率处的相位，计算相位差及其变化率判断线性变化还是非线性变化；当然用矢网可实现所有指标的测量。