基于Matlab的常用滤波算法研究(含代码)Word下载.doc

1、目录摘要2ABSTRACT3第一章 绪论41.1课题背景41.2国内外相关领域的研究41.3主要研究内容与创新51.3.1研究内容与意义51.3.2课题的创新点51.3.3 研究目的与技术指标6第二章 数字滤波基础72.1数字滤波算法概念72.2数据采样与频谱分析原理82.2.1 时域抽样定理82.2.2 离散傅立叶变换（DFT）82.2.3 快速傅立叶变换（FFT）92.2.4 频谱分析原理92.3常用数字滤波算法基础102.3.1常用数字滤波算法分类102.3.2常用数字滤波算法特点112.3.3常用滤波算法相关原理132.4 冲击测试采样数据162.4.1噪声的特点与分类162.4.2冲

2、击测试采样数据特点172.5 MATLAB简介172.5.1 MATLAB功能简介182.5.2 MATLAB的发展18第三章、冲击测试滤波算法设计及滤波效果分析203.1 冲击测试采样数据的分析203.2 滤波算法设计及效果分析213.2.1 中位值平均法的设计213.2.2限幅法和限速法的设计233.2.3一阶滞后法的设计253.2.4低通法的设计26第四章 结论与展望344.1冲击测试的滤波算法总结344.2冲击测试的滤波算法展望34致 谢36参考文献37附录：程序代码清单38冲击测试常用滤波算法研究摘要动态信号分析仪是一种主要应用在噪声、振动分析、模型分析、电子设计和声学测试的工具，冲

3、击测试和冲击谱分析是确定设备在经受外力冲撞或作用时的安全性、可靠性和有效性的实验方法，也是动态信号分析仪的一项重要功能。冲击测试采样数据往往会受到来自环境中的各种噪声干扰，有必要对其进行滤波以更好地分析其真实的冲击谱特性。本文中主要研究了一些应用于冲击测试数据滤波的常用滤波算法如中位值法、算术平均法、中位值平均法、限幅法、限速法、一阶滞后法、低通法等。MATLAB是用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境。本文在MATLAB环境下实现各常用数字滤波算法并讨论了各滤波算法的特点及其选用原则。针对冲击测试仪采样数据的噪声干扰特点，挑选出合适的算法对冲击测试采样数

4、据进行滤波，分析比较各滤波算法的实际滤波效果并且进行相关优化以实现更优的滤波效果。论文的主要内容：第一章、绪论主要介绍了有关动态信号分析仪的课题背景、国内外发展情况，课题的研究意义及创新点等。第二章、介绍了数字滤波的基本原理、常用滤波算法分类与特点、频谱分析基本原理和环境噪声的相关知识。第三章、主要介绍各滤波算法的参数选择和具体设计流程，并对各算法的滤波效果进行分析比较。第四章、对冲击测试常用滤波算法实现和滤波效果的分析总结及前景展望。关键词：数字信号处理、数字滤波、滤波算法、MATLABABSTRACTDynamic signal analyzer is a tool mainly appl

5、ied in noise, vibration analysis, model analysis, electronic design and acoustic test. Impact test and impact spectrum analysis are experimental methods that examine the safety, reliability and validity of the equipment under external force impact. Impact test sample data often suffers from all kind

6、s of noises in the environment, it is necessary to filter the data for better and real impact spectrum characteristics.In this paper, we mainly study commonly used digital filtering algorithm such as median value method, the arithmetic average method, weighted average method, clipping method, limite

7、d speed method, and low pass method and so on. MATLAB is a computing language and interactive environment for senior technical computing algorithm development, data visualization, data analysis and numerical analysis.Using MATLAB, we simulate the commonly used digital filtering algorithms and discus

8、s the characteristics and selection principles of the algorithms. According to the characteristics of noise of the data sampling impact tester, a suitable algorithm it is selected, analyzed, justified to achieve better filtering effect.The reminder of the thesis is as follows:Chapter one introduces

9、the project background, the development of the dynamic signal analyzer domestic and abroad, the research significance and innovations etc.Chapter two includes the basic principle of digital filtering, classification and characteristics of filtering algorithm commonly used, basic principle of spectru

10、m analysis and the relevant knowledge of environmental noise.Chapter three is the design and effect analysis of digital filtering algorithm in details.The last chapter is the conclusion of the design and effect analysis of impact test filtering algorithms. Keywords: Digital signal processing; Digita

11、l filtering; Filtering algorithm; MATLAB第一章 绪论1.1课题背景动态信号分析仪是从表示物理量的电信号中分析其特性参数的仪器，由硬件和分析软件构成。动态信号分析仪可从时域、频域和幅值域分析被测信号，具有功能全、分析速度快、测量参数多、频率分辨力和幅值精度高等特点，广泛应用于如计算机制造、航空航天、电子、军事、生物医学、通讯等高科技产品的质量检测和诊断分析1。 动态测试、信号处理、模态试验、环境试验、状态监测、故障诊断的核心手段是动态信号分析仪2。 而随着科技的进步，特别是微电子技术的迅猛发展，嵌入式微控制器的出现与使用，诞生了集动态信号采集、分析、存储、

12、显示为一体的动态信号分析仪。该种动态信号分析仪体积小、重量轻、速度快、功能强大、方便携带于工程现场的使用，需要时可将所存的数据传送到计算机进行更详细的分析。冲击测试一般是确定军民用设备在经受外力冲撞或作用时产品的安全性、可靠性和有效性的一种试验方法。而冲击响应谱通常简称“冲击谱”，它是将受到机械冲击作用的一系列单自由度系统的最大响应（如位移、速度或加速度）响应值随系统的固有频率而变化的频谱3。国家标准化组织（ISO）所属的技术委员会以及我国的国家标准，都已经把冲击谱作为规定冲击环境的方法之一。冲击谱是对设备实施抗冲击设计的分析基础，也是控制产品冲击环境模拟实验的基本参数。因此冲击响应谱分析是动

13、态信号分析仪应具备的一项重要功能。由于在冲击测试中，采样数据不可避免地受到各种环境噪声的干扰。所以在进行冲击响应谱分析前，对冲击测试采样数据进行数字滤波处理是很有必要的。本文主要研究冲击测试的常用数字滤波算法，数字滤波根据有用信号与噪声的不同特性，消除或减弱噪声。它对信号安全可靠和有效灵活地传递是至关重要的4。数字滤波方式具有精度高、可靠性高、灵活易用（可程控改变特性）、便于集成等特点。数字滤波是语音处理、图像处理、模式识别、频谱分析等应用的基本处理算法5。语音处理是最早应用数字滤波的领域之一，也是最早推动数字信号处理理论发展的领域之一。语音的去噪与增强技术已取得许多成果。目前，数字信号滤波在

14、图像处理、数据压缩等方面取得了巨大的进展和成就。小波理论由于其局部分析性能的优异在图像处理中的应用研究得到迅速发展，尤其是在图像压缩、图像去噪等方面的应用研究6。而在数字通信、网络通信、图像通信、多媒体通信等应用中，离开了数字滤波几乎是寸步难行。1.2国内外相关领域的研究动态信号分析仪在电子测量领域中被称为频域中的“射频万用表”，具有较高的实用性，并得到了广泛的应用7。它同时具备几种仪器的功能，坚固、轻便、是适用于现场应用的理想仪器，其性能和功能可适应有严格要求的研发应用需要。内置的信号源及可选的特性更优化了仪器用于分析和查找噪音、振动与声学问题，评测控制系统的功能，以及评估和解决了旋转机器问

15、题，并定性与评估控制系统参数。近几年，随着数字信号处理器（DSP）和PC机的发展,先进的动态信号分析仪都采用数据采集处理系统加PC机显示管理程序来实现。国内外对动态信号分析仪的研究尤其是国内有了较快的发展。国外多通道动态信号分析仪的技术已经基本成熟。产品的体积小，速度快，功能强大，性能优异，操作简单但是价格比较昂贵。主要研制的公司有:美国惠普公司（HP），美国安捷伦公司（Agilent惠普公司重组后的测量公司），美国尼高力仪器技术公司（Nioclet），美国Dactorn公司和美国国家仪器有限公司（NI），惠普公司和安捷伦公司的产品比较早，功能上比较单一，外形类似一般的示波器。如：HP35660A、HP35665A、 HP35670A、Agilent 35670A。NI公司的产品硬件是一块动态信号采集板，而上层则是使用它的Labview软件开发的虚拟仪器。而Dactron和 Nicolet的动态