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一种减小高频失真的数字式陷波器滤波方法

阅读：262发布：2021-03-02

IPRDB可以提供一种减小高频失真的数字式陷波器滤波方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种减小高频失真的数字式陷波器滤波方法，包含以下步骤：确定陷波滤波器的目标中心频率；根据陷波滤波器的目标中心频率，建立一数字式陷波滤波器模型；在弹上计算机，根据数字式陷波滤波器模型，确定陷波滤波器输入与输出的关系，完成数字式陷波器的建立。本发明根据陷波滤波器中心频率直接生成便于弹上计算机实现的数字式滤波器模型，避免由于陷波滤波器中心频率与弹上计算机解算频率接近造成的幅值特性失真，同时保证滤波器在高频段具有一定幅值衰减效果。，下面是一种减小高频失真的数字式陷波器滤波方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种减小高频失真的数字式陷波器滤波方法，其特征在于，包含以下步骤：确定陷波滤波器的目标中心频率；

根据陷波滤波器的目标中心频率，建立一数字式陷波滤波器模型；

在弹上计算机，根据数字式陷波滤波器模型，确定陷波滤波器输入与输出的关系，完成数字式陷波器的建立。

2.如权利要求1所述的数字式陷波器滤波方法，其特征在于，所述的数字式陷波滤波器模型表示为：

a1＝-2cos(2πf1T)

a2＝-2cos(2πf2T)

式中，y表示陷波滤波器输出，u表示陷波滤波器输入，ρ表示陷波滤波器参数，f1表示陷波滤波器中心频率，f2表示陷波滤波器参数，T表示系统采样周期，z域与频域的关系为z＝ejωT -1，ω为输入信号的频率，j为虚数，G2(z )在ω→0时增益为1，ω→2πf1时增益为0，ω→π/T时增益小于1。

3.如权利要求2所述的数字式陷波器滤波方法，其特征在于，所述的陷波滤波器输入与输出的关系表示为：y(k)＝-A1y(k-1)-A2y(k-2)+B0u(k)+B1u(k-1)+B2u(k-2)式中，y(k)表示kT时刻陷波滤波器的输出，y(k-1)表示(k-1)T时刻陷波滤波器的输出，y(k-2)表示(k-2)T时刻陷波滤波器的输出，u(k)表示kT时刻陷波滤波器的输入，u(k-1)表示(k-1)T时刻陷波滤波器的输入，u(k-2)表示(k-2)T时刻陷波滤波器的输入，A1，A2，B0，B1，B2表示陷波滤波器参数，A1＝(1-ρ)×a2，A2＝1-2ρ，a1＝-2cos(2πf1T)，a2＝-2cos(2πf2T)，T表示系统采样周期，ρ表示陷波滤波器参数，f1表示陷波滤波器中心频率，f2表示陷波滤波器参数。

说明书全文

一种减小高频失真的数字式陷波器滤波方法

技术领域

[0001] 本发明涉及陷波器滤波技术领域，具体涉及一种减小高频失真的数字式陷波器滤波方法。

[0002] 本发明的应用领域为战术武器自动驾驶仪高频噪声抑制，其特征是避免由于陷波滤波器中心频率与弹上计算机解算频率接近造成的幅值特性失真，提高自动驾驶仪对高频噪声的抑制效果。

背景技术

[0003] 高频噪声抑制是战术武器自动驾驶仪设计的一个重要内容，能提高系统稳定性，并为自动驾驶仪所属分系统和单机提供良好的工作环境，保证系统可靠运行。

[0004] 自动驾驶仪高频噪声的来源主要为飞行器自身弹性振动、分系统和单机自身谐振等，具有幅值大、频率高等特点。

[0005] 自动驾驶仪设计中通常采用陷波滤波器抑制高频噪声。常用的陷波滤波器设计流程为根据目标频率确定陷波滤波器中心频率，形成模拟式滤波器模型；再采用双线性变换将模拟式滤波器模型转换为数字式滤波器模型，便于弹上计算机实现。

[0006] 这种设计方法的主要缺陷为模拟式滤波器模型转换为数字式滤波器模型的过程中，由于陷波滤波器中心频率与弹上计算机解算频率比较接近，导致陷波滤波器幅值特性在高频段存在失真，影响滤波效果。

发明内容

[0007] 本发明的目的在于提供一种减小高频失真的数字式陷波器滤波方法，根据陷波滤波器中心频率直接生成便于弹上计算机实现的数字式滤波器模型，避免由于陷波滤波器中心频率与弹上计算机解算频率接近造成的幅值特性失真，同时保证滤波器在高频段具有一定幅值衰减效果。

[0008] 为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：一种减小高频失真的数字式陷波器滤波方法，其特点是，包含以下步骤：

[0009] 确定陷波滤波器的目标中心频率；

[0010] 根据陷波滤波器的目标中心频率，建立一数字式陷波滤波器模型；

[0011] 在弹上计算机，根据数字式陷波滤波器模型，确定陷波滤波器输入与输出的关系，完成数字式陷波器的建立。

[0012] 所述的数字式陷波滤波器模型表示为：

[0013]

[0014] a1＝-2cos(2πf1T)

[0015] a2＝-2cos(2πf2T)

[0016] 式中，y表示陷波滤波器输出，u表示陷波滤波器输入，ρ表示陷波滤波器参数，f1表示陷波滤波器中心频率，f2表示陷波滤波器参数，T表示系统采样周期，z域与频域的关系为z＝ejωT，ω为输入信号的频率，j为虚数，G2(z-1)在ω→0时增益为1，ω→2πf1时增益为0，ω→π/T时增益小于1。

[0017] 所述的陷波滤波器输入与输出的关系表示为：

[0018] y(k)＝-A1y(k-1)-A2y(k-2)+B0u(k)+B1u(k-1)+B2u(k-2)

[0019] 式中，y(k)表示kT时刻陷波滤波器的输出，y(k-1)表示(k-1)T时刻陷波滤波器的输出，y(k-2)表示(k-2)T时刻陷波滤波器的输出，u(k)表示kT时刻陷波滤波器的输入，u(k-1)表示(k-1)T时刻陷波滤波器的输入，u(k-2)表示(k-2)T时刻陷波滤波器的输入，A1，A2，B0，B1，B2表示陷波滤波器参数，A1＝(1-ρ)×a2，A2＝1-2ρ，a1＝-2cos(2πf1T)，a2＝-2cos(2πf2T)，T表示系统采样周期，ρ表示陷波滤波器参数，f1表示陷波滤波器中心频率，f2表示陷波滤波器参数。

[0020] 本发明一种减小高频失真的数字式陷波器滤波方法与现有技术相比具有以下优点：本发明直接根据陷波滤波器中心频率生成数字式滤波器模型，简化了根据滤波器中心频率设计模拟式滤波器模型，再由模拟式滤波器模型转换为数字式模型的设计流程；本发明避免由于滤波器中心频率与弹上计算机解算频率接近造成的幅值特性失真；解决传统陷波滤波器在高于中心频率的高频段滤波效果偏弱的问题，保证滤波器在高频段具有一定幅值衰减效果。

附图说明

[0021] 图1为本发明一种减小高频失真的数字式陷波器滤波方法的流程图；

[0022] 图2为现有技术中利用双线性变化方法转换得到的数字式陷波滤波器与转换前的模拟式陷波滤波器频率特性对比曲线；

[0023] 图3为本发明实施例中，中心频率为120Hz的数字式陷波滤波器频率特性曲线。

具体实施方式

[0024] 以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。

[0025] 如图1所示，一种减小高频失真的数字式陷波器滤波方法，包含以下步骤：

[0026] S1、确定陷波滤波器的目标中心频率。

[0027] 陷波滤波器的中心频率直接影响数字式陷波滤波器参数的计算，根据陷波滤波器在高频段的幅值衰减需求，选择数字式陷波滤波器的参数。

[0028] S2、根据陷波滤波器的目标中心频率，建立一数字式陷波滤波器模型。

[0029] 数字式陷波滤波器模型表示为：

[0030]

[0031] a1＝-2cos(2πf1T)

[0032] a2＝-2cos(2πf2T)

[0033] 式中，y表示陷波滤波器输出，u表示陷波滤波器输入，ρ表示陷波滤波器参数，f1表示陷波滤波器中心频率，f2表示陷波滤波器参数，T表示系统采样周期，z域与频域的关系为z＝ejωT，ω为输入信号的频率，j为虚数，G2(z-1)在ω→0时增益为1，ω→2πf1时增益为0，ω→π/T时增益小于1。

[0034] 陷波滤波器对低频段信号幅值没有衰减，对目标频率信号完全衰减，对高频段信号幅值具有一定衰减，在全频率范围内具有理想的频率特性。

[0035] S3、在弹上计算机，根据数字式陷波滤波器模型，确定陷波滤波器输入与输出的关系，完成数字式陷波器的建立。

[0036] 陷波滤波器输入与输出的关系表示为：

[0037] y(k)＝-A1y(k-1)-A2y(k-2)+B0u(k)+B1u(k-1)+B2u(k-2)

[0038] 式中，y(k)表示kT时刻陷波滤波器的输出，y(k-1)表示(k-1)T时刻陷波滤波器的输出，y(k-2)表示(k-2)T时刻陷波滤波器的输出，u(k)表示kT时刻陷波滤波器的输入，u(k-1)表示(k-1)T时刻陷波滤波器的输入，u(k-2)表示(k-2)T时刻陷波滤波器的输入，A1，A2，B0，B1，B2表示陷波滤波器参数，A1＝(1-ρ)×a2，A2＝1-2ρ，a1＝-2cos(2πf1T)，a2＝-2cos(2πf2T)，T表示系统采样周期，ρ表示陷波滤波器参数，f1表示陷波滤波器中心频率，f2表示陷波滤波器参数。

[0039] 具体应用：如图2和图3所示，弹上计算机解算频率均为400Hz，从图2可以看出，现有技术中转换得到的陷波滤波器中心频率变为96.2Hz，与目标中心频率120Hz不符，陷波滤波器在高频段存在失真；从图3可以看出，本发明的陷波滤波器在目标中心频率120Hz处的幅值衰减为140dB，对频率大于120Hz高频信号的幅值衰减不小于5.56dB，说明本发明有效解决了陷波滤波器高频失真问题，同时保证陷波滤波器在高频段具有一定幅值衰减效果。

[0040] 决定陷波滤波器性能的主要参数为f1、f2和ρ。在陷波滤波器设计过程中，首先根据陷波滤波器中心频率确定f1，以图3所示的中心频率为120Hz的陷波滤波器为例，f1取120；f2的大小决定陷波滤波器在高频段的滤波效果，一般取f2

[0041] 通过调整f1，f2和ρ的大小，可得具有理想频率特性的数字式陷波滤波器模型，并根据陷波滤波器输入与输出的关系在弹上计算机上实现。

[0042] 尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

标题	发布/更新时间	阅读量
数字滤波器-专利编号CN102291102B	2020-05-11	366
数字滤波器-专利编号CN107623507A	2020-05-11	406
数字滤波器-专利编号CN106664077A	2020-05-11	831
数字滤波器-专利编号CN101326715B	2020-05-12	1019
数字滤波器-专利编号CN1366650A	2020-05-13	872
波形数字滤波器-专利编号CN1404589A	2020-05-11	576
数字示波器-专利编号CN101839929B	2020-05-12	412
数字滤波器-专利编号CN101277102B	2020-05-12	930
数字滤波器-专利编号CN106664077B	2020-05-13	376
数字滤波器-专利编号CN101326715A	2020-05-13	173

一种减小高频失真的数字式陷波器滤波方法

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