基于LabVIEW的數字濾波器設計與實現

陳 亮

（中國飛機強度研究所，西安 710065）

0 引言

測控系統的組成是較為復雜的，在所有的組成部分中，濾波器是十分關鍵的，通過其可以有效抑制噪聲，保證測量信號能夠完整提取出來。當然，每種類型的濾波器所呈現出的特性是有一定差別的，濾除的噪聲同樣存在區別。一般來說，對濾波的精度并沒有太高要求時，選用的多是模擬濾波器，相較于理想濾波器，其所具有的截止頻率特性是較差的，而且穩定性也不夠理想。進行數字濾波器進行設計時，如果選用的是脈沖響應不變法，那么數字濾波器的頻率響應則會出現失真的情況，而且采樣率也會對信號頻域寬度產生一定的限制。

1 數字濾波器設計內容

1.1 信號生成模塊

設計該模塊的時候，需要明確該模塊的核心功能，主要是對信號進行分析及處理，進而形成波形和仿真信號。通過虛擬信號發生器能夠生成的波形中含有多種頻率，將獲得的所有信號進行合并，最終能夠獲得頻率不統一的波圖。

該模塊可以根據需求形成不同的波形，這樣就可以滿足不同場景下的信號分析，并且會將波圖中的相關參數結合實際情況進行調整，添加適當的噪音信號，最終獲得需要的波形[1]。

1.2 頻譜測量模塊

設計該模塊的時候，主要是利用該模塊對信號的頻率及波形進行分析，同時利用該功能進行參數選板，利用配置面板就可對幅度、功率譜之類的測量量進行選擇，同時可對測試結果予以選擇，在進行選擇的時候要綜合各方面因素來加以確定。其次，該模塊能夠實現預期的函數窗設置效果。

1.3 濾波器模塊

濾波器是主要是進行濾波處理和信號收集，同時進行FIR加窗，即利用窗函數法進行濾波[2]。

1.4 顯示模塊

借助這一模塊能夠將原本存在一定抽象性的信息形象的表現出來。這樣就可依據實際需要來對標簽進行適當調節，確保設計界面能夠更具美觀性，并且還要保證能夠正常的運行。

1.5 數據存儲和打印模塊

此模塊的路徑依次如下：控制面板、參數選板，合成報表，報表打印，信息存儲。通過這個模塊能夠完成數字信號存儲工作，并按照實際需要進行打印，利用專業軟件最終我們能夠獲得需要的函數，并且可以自行針對文件保存形式、位置進行設置。

2 軟件設計

先要完成信號類型、頻率、幅值之類參數的初始化設置，然后根據實驗方案選定的參數進行選板和調整波形，然后利用仿真軟件模擬出不同的信號，從而確定濾波器的型號和功能。在選定濾波器后，對低頻、高頻截止頻率予以適當調節，利用頻譜測量模塊來對經過濾波的信號展開分析，并以波形圖方式呈現，這樣就可對完成相關數據的存儲、打印。因為涉及到的內容中除了原始信號的波形、頻率，也包括經過濾波的信號波形、頻率，所以對比是十分簡單的，對前面板進行設計時，可以選擇四個波形圖控件，這樣就能夠達成目的。

3 調試及結果

此設計借助兩個仿真信號模塊來最終產生不同規格的正弦波，將正弦波進行綜合之后能夠形成頻率相異的圖形，然后應進行波形調整。在進行測試的時候需要選擇利用低通濾波器，并對低通濾波器中的最低限度的頻率進行設置，我們可以更深入的掌握低通濾波器的使用方法和適用場景。以下兩個為調試界面，第一個圖是60Hz截止的界面，第二個圖是600Hz截止的界面：

圖1 60Hz截止濾波器界面截圖

圖2 600Hz截止濾波器界面截圖

通過實驗可知，截止頻率等于是為信號設置一個閥門，超過截止頻率的信號都會被過濾，無法通過和顯示在屏幕上，低于截止頻率的信號方可顯示出來。所以當截止頻率低于原始信號時，截止頻率越低，對原始信號的阻斷效果越明顯；當截止頻率高于原始信號的時候，截止頻率上升時對濾波器的濾波效果幾乎不產生任何影響。這說明濾波器對信號的過濾主要是通過阻斷一定范圍內的信號實現的，通過阻斷范圍外的信號，在屏幕上顯示出指定頻率范圍的信號值，最終得到想要的波形。

4 結束語

綜上可知，可以通過濾波器對不同的信號進行過濾，從而得到想要的波形，但是在設置過程中需要調整好不同的參數，才能完成濾波實驗。