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          基于FPGA的超聲波信號(hào)處理研究

          作者: 時(shí)間:2011-08-05 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          摘要:為了降低流量檢測過程中噪聲對檢測精度的影響,采用器件構(gòu)建了FIR濾波器,并提出一種新穎的查表法替代濾波器中的乘法運(yùn)算。試驗(yàn)結(jié)果表明,該濾波器設(shè)計(jì)方法顯著降低了的片內(nèi)硬件開銷,提高了濾波器的運(yùn)算速度,并具有良好的降噪效果。
          關(guān)鍵詞:;信號(hào);;FIR濾波器

          0 引言
          在超聲流量檢測過程中,由于環(huán)境噪聲使得流量檢測的精度收到了嚴(yán)重的影響。目前多采用軟件濾波的方法,對采集回來的聲波信號(hào)進(jìn)行數(shù)字處理,以提高檢測的精度。此類方法對硬件處理器的運(yùn)算能力要求較高,而且會(huì)影響檢測的實(shí)時(shí)性。隨著微電子技術(shù)的不斷進(jìn)步,F(xiàn)PGA的容量和處理速度已有了飛躍性的提高。特別是在數(shù)字方面,其性能已經(jīng)超過了某些專用的芯片。本文在的流量檢測信號(hào)采樣處理電路中,采用FPGA實(shí)現(xiàn)了聲波信號(hào)的高速緩存和FIR濾波器,不僅達(dá)到了預(yù)期的消噪效果,而且提高了系統(tǒng)運(yùn)行速度和集成度。下面將介紹FIR濾波器的具體實(shí)現(xiàn)過程。

          1 數(shù)字濾波原理與設(shè)計(jì)
          FIR數(shù)字濾波器的特性可以用它的系統(tǒng)轉(zhuǎn)移函數(shù)或差分方程來描述。一般地,線性是不變離散系統(tǒng)的差分方程,可表示為:
          a.jpg
          b.jpg
          式中:zr,pk分別為H(z)的M個(gè)零點(diǎn)和N個(gè)極點(diǎn),它們由系統(tǒng)的形式和各系統(tǒng)參數(shù)ak,br所決定。FIR濾波器都是非遞歸形式的濾波器。
          c.jpg
          此系統(tǒng)的輸出只與輸入x(n),x(n-1),…有關(guān),而與系統(tǒng)過去的輸出y(n-1),y(n-2),…無關(guān),此即非遞歸濾波器。
          濾波器設(shè)計(jì)采用Matlab中的FDA Tool計(jì)算帶通濾波器系數(shù)。濾波器采用Kaiser窗函數(shù)設(shè)計(jì),采樣頻率為40 MHz,窗上下截止頻率分別為3 MHz和7 MHz。由此得到的濾波器系數(shù)為:
          d.jpg


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          關(guān)鍵詞: FPGA 超聲波 信號(hào)處理

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