Анализ задачи и ее формализация

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ

По дисциплине «Техника цифровой обработки сигналов»

 

Студентка Шефлер Анастасии Михайловне

код __________ группа 111

 

1. Тема:

ЦИФРОВОЙ РЕЖЕКТОРНЫЙ ФИЛЬТР

 

. Срок представления курсовой работы к защите «31» марта 2005г.

. Исходные данные для проектирования:

а) Алгоритм обработки сигналов должен соответствовать режекторному фильтру.

б) Требования к характеристикам фильтра:

в) Характеристика входных данных - Analog

г) Характеристика выходных данных - Analog

д) Число разрядов операндов - 8

е) Ширина спектра флуктуаций помехи - ∆fT =0.16

ж) Коэффициент подавления помех - К_п =-36 дБ

. Обязательные разделы пояснительной записки курсовой работы

. Титульный лист.

. Задание на курсовую работу.

. Содержание.

. Анализ задачи и ее формализация.

. Определение требований к АЦП и характеристикам цифрового фильтра.

. Выбор (синтез) структуры и параметров (порядка и коэффициентов, разрядности, частоты дискретизации) цифрового фильтра.

. Анализ частотных, импульсной и переходных характеристик фильтра.

. Анализ ошибок квантования в цифровом фильтре и методов их минимизации.

. Анализ эффективности подавления помех.

. Выбор и технико-экономическое обоснование элементной базы для реализации.

. Составление структурной схемы устройства и описание ее работы.

. Расчет реального быстродействия устройства.

. Заключение.

. Список использованных источников.

Руководитель работы 13.02.05 В.И. Кошелев

Задание принял к исполнению 3.03.05 студент ___________

Содержание

 

Анализ задачи и ее формализация

Определение требований к АЦП и характеристикам цифрового фильтра

Выбор (синтез) структуры и параметров (порядка и коэффициентов, разрядности, частоты дискретизации) цифрового фильтра

Анализ частотных, импульсной и переходных характеристик фильтра

Анализ ошибок квантования в цифровом фильтре и методов их минимизации

Анализ эффективности подавления помех

Выбор и технико-экономическое обоснование элементной базы для реализации

Составление структурной схемы устройства и описание ее работы

Составление модуля рабочей программы

Расчет реального быстродействия устройства

Список использованных источников

Приложение

Выбор (синтез) структуры и параметров (порядка и коэффициентов, разрядности, частоты дискретизации) цифрового фильтра

 

Цифровой фильтр будет реализован на основе нерекурсивного фильтра, т.к. такие фильтры просты в расчетах и всегда устойчивы. Структура нерекурсивного фильтра выглядит следующим образом (рис.1):

цифровой режекторный фильтр помеха

Рис.1 Структура нерекурсивного цифрового фильтра

Коэффициенты определяются с помощью программы «Стрела 2.0» для оптимального фильтра.

Результаты сведены в таблицу1.

 

Порядок фильтра	1	2	3	4	5	6
Коэффициент подавления помехи, дБ	10,64	19,93	27,94	34,85	40,66	45,05

Табл.1. Зависимость коэффициента подавления помехи от порядка фильтра.

Т.о. можно остановиться на порядке фильтра = 5.

Значения коэффициентов приведены в таблице2.

 

№	0	1	2	3	4	5
значение	-1	3,66655	-6,280448	6,280448	-3,66655	1

Табл.2. Значения коэффициентов цифрового оптимального фильтра.

Т.о. сразу можно сказать, что выполняется требование к линейности ФЧХ фильтра. Теперь исследуем частотные характеристики, а так же импульсную и переходную характеристики.

 

Список использованных источников

Литература

 

1.  Гольденберш Л.М., Матюшкин Б.Д., Поляк М.Н. «Цифровая обработка сигналов», Москва, «Радио и связь», 1990г.

2. Капеллини В., Константинидис А.Дж., Эмилиани П. «Цифровые фильтры и их применение», Москва, «Энергоатомиздат», 1983г.

.   Потемкин В.Г. «Вычисления в среде MathLab», Москва, «Диалог мифи», 2004г.

.   Стешенко В.Б. «ПЛИС фирмы ALTERA: элементная база, система проектирования и языки описания аппаратуры», Москва, издательский дом «Додэка-21», 2002г.

 

Internet

 

1.  Сайт фирмы Analog Device

 

Программное обеспечение

 

1.  Программный пакет MathLab

2. Программный пакет MAX+plus2

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ

По дисциплине «Техника цифровой обработки сигналов»

 

Студентка Шефлер Анастасии Михайловне

код __________ группа 111

 

1. Тема:

ЦИФРОВОЙ РЕЖЕКТОРНЫЙ ФИЛЬТР

 

. Срок представления курсовой работы к защите «31» марта 2005г.

. Исходные данные для проектирования:

а) Алгоритм обработки сигналов должен соответствовать режекторному фильтру.

б) Требования к характеристикам фильтра:

в) Характеристика входных данных - Analog

г) Характеристика выходных данных - Analog

д) Число разрядов операндов - 8

е) Ширина спектра флуктуаций помехи - ∆fT =0.16

ж) Коэффициент подавления помех - К_п =-36 дБ

. Обязательные разделы пояснительной записки курсовой работы

. Титульный лист.

. Задание на курсовую работу.

. Содержание.

. Анализ задачи и ее формализация.

. Определение требований к АЦП и характеристикам цифрового фильтра.

. Выбор (синтез) структуры и параметров (порядка и коэффициентов, разрядности, частоты дискретизации) цифрового фильтра.

. Анализ частотных, импульсной и переходных характеристик фильтра.

. Анализ ошибок квантования в цифровом фильтре и методов их минимизации.

. Анализ эффективности подавления помех.

. Выбор и технико-экономическое обоснование элементной базы для реализации.

. Составление структурной схемы устройства и описание ее работы.

. Расчет реального быстродействия устройства.

. Заключение.

. Список использованных источников.

Руководитель работы 13.02.05 В.И. Кошелев

Задание принял к исполнению 3.03.05 студент ___________

Содержание

 

Анализ задачи и ее формализация

Определение требований к АЦП и характеристикам цифрового фильтра

Выбор (синтез) структуры и параметров (порядка и коэффициентов, разрядности, частоты дискретизации) цифрового фильтра

Анализ частотных, импульсной и переходных характеристик фильтра

Анализ ошибок квантования в цифровом фильтре и методов их минимизации

Анализ эффективности подавления помех

Выбор и технико-экономическое обоснование элементной базы для реализации

Составление структурной схемы устройства и описание ее работы

Составление модуля рабочей программы

Расчет реального быстродействия устройства

Список использованных источников

Приложение

Анализ задачи и ее формализация

 

В данной курсовой работе требуется синтезировать и реализовать цифровой режекторный фильтр, который обеспечивал бы подавление низкочастотной помехи с требуемым коэффициентом подавления. Подобный фильтр может быть полезен при обработке радиолокационных сигналов для удаления из спектра принимаемого сигнала составляющих, соответствующих сигналу, отраженному от предметов, движущихся с малыми скоростями. Такой сигнал является низкочастотной помехой.

Для этого используется цифровой режекторный фильтр, вырезающий низкие частоты. АЧХ фильтра будет периодической. Существует несколько способов реализации цифрового фильтра с заданной АЧХ. Наиболее часто используемый - метод билинейного преобразования. Билинейное преобразование заключается в прямой подстановке в H (s) вместо комплексной частотной переменной s следующего выражения:

 

 (1.1)

 

где k - действительная положительная постоянная, выбираемая следующим образом. Ось частот  в аналоговом случае в соответствии с (3.2) преобразуется в единичную окружность так, что

 

 (1.2)

 

и поэтому частота среза  АЧХ аналогового фильтра будет соответствовать частоте среза  АЧХ цифрового фильтра, причем

 

 (1.3)

Таким образом, зная две частоты среза, можно вычислить постоянную k_y пользуясь выражением (1.3). Билинейное преобразование в виде, заданном формулами (1.1) - (1.3), облегчает преобразование аналоговых фильтров с непрерывным временем (например, ФНЧ, ФВЧ и т. д.), когда они преобразуются в цифровые фильтры того же вида (т. е. в ФНЧ, ФВЧ и т. д.).

Такое преобразование применимо только к частотным характеристикам, являющимся кусочно-постоянными, и неприменимо, например, к интеграторам или другим фильтрам, имеющим частотную характеристику, не являющуюся кусочно-постоянной.

Устойчивость полученного таким способом цифрового фильтра гарантируется, если исходный аналоговый фильтр был устойчив и область устойчивости в одной комплексной плоскости путем преобразования (1.1) отображается в область устойчивости в другой комплексной плоскости.

По полученной таким образом можно составить разностное уравнение, которое реализуется програмно.

В данной курсовой работе для упрощения вычислений при расчете коэффициентов фильтра используется программное обеспечение.

Определение требований к АЦП и характеристикам цифрового фильтра

 

Требования, предъявляемые к АЦП и цифровому фильтру в целом, основаны на техническом задании. Так необходимо обеспечить частоту дискретизации сигнала равную 15кГц. Это означает, что аналогово-цифровой преобразователь должен формировать на выходе последовательность кодов, соответствующих входному непрерывному воздействию, с частотой 15кГц. В качестве АЦП будем использовать микросхему КР572ПВ3. БИС КР572ПВ3 представляет собой АЦП последовательных приближений. Алгоритм преобразования реализуется с помощью регистра последовательных приближений.

Преобразователь этого типа, называемый в литературе также АЦП с поразрядным уравновешиванием, является наиболее распространенным вариантом последовательных АЦП.

В основе работы этого класса преобразователей лежит принцип дихотомии, т.е. последовательного сравнения измеряемой величины с 1/2, 1/4, 1/8 и т.д. от возможного максимального значения ее. Это позволяет для N-разрядного АЦП последовательного приближения выполнить весь процесс преобразования за N последовательных шагов (итераций) вместо 2N-1 при использовании последовательного счета и получить существенный выигрыш в быстродействии. Так, уже при N=10 этот выигрыш достигает 100 раз и позволяет получить с помощью таких АЦП до 105...106 преобразований в секунду. В то же время статическая погрешность этого типа преобразователей, определяемая в основном используемым в нем ЦАП, может быть очень малой, что позволяет реализовать разрешающую способность до 18 двоичных разрядов при частоте выборок до 200 кГц

Цифровой фильтр должен успевать обрабатывать входные отсчеты за то интервал дискретизации, чтобы работать в реальном времени.