基于复解析带通滤波器的ZFFT算法分析与仿真

基于复解析带通滤波器的ZFFT算法分析与仿真

张雅希;张琴;林梅

【期刊名称】《电声技术》

【年(卷),期】2022(46)7

【摘要】在实际工程应用中进行频谱分析时,一般只关心某一频带范围内的局部频谱,此时应使用频谱细化算法如基于复解析带通滤波器的ZFFT(简称复解析ZFFT)算法对频谱进行选带细化分析。本文在分析复解析ZFFT算法原理的基础上,通过MATLAB平台对复解析ZFFT频谱细化算法的有效性进行仿真研究。结果表明,复解析ZFFT算法能够在相同快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)运算量的情况下,大大提高信号的频率分辨率,实现局部细化频谱。

【总页数】4页(P112-114)

【作者】张雅希;张琴;林梅

【作者单位】江西工业工程职业技术学院

【正文语种】中文

【中图分类】TN98

【相关文献】

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带通滤波器的设计和仿真

带通滤波器的设计和仿真 学院信息学院 姓名吴建亮 学号 201203090224 班级电信1202 时间 2014年10月 1.设计要求 设计带通为300Hz～10KHz的带通滤波器并仿真。 2.原理与方案 2.1工作原理： 带通滤波器的作用是只允许在某一个通频带范围内的信号通过，而比通频带下限频率低和比上限频率高的信号均加以衰减或抑制，本实验通过一个4阶低通滤波器和一个4阶高通滤波器的级联实现带通滤波器。 2.2总体方案 易知低通滤波电路的截止角频率ωH大于高通滤波电路的截止角频率ωn，两者覆盖的通带就提供了一个带通响应。先设计4阶的低通滤波器，截止频率，选取第一级高通滤波器的,第二级的高通滤波器的。 主要参数： 电容则 基准电阻， ，取标称值2400pF， ,取标称值14.7kΩ， ，取标称值14.7kΩ， ，取标称值7.32kΩ，

,取标称值6.04kΩ， ， ,取标称值0.013μF, ,取标称值3.01?Ω， 同理，设计一个4阶高通滤波器，通带增益，截止频率，选取第一级高通滤波器的,第二级的高通滤波器的。 主要参数如下： 电容， ，取标称值10kΩ， ，取标称值27kΩ， ，取标称值3.9kΩ， ，取标称值62kΩ。 3 电路设计 图3-1 高通滤波器 图3-2 低通滤波器

如上图3-1与图3-2所示为滤波器的电路，函数信号发生器生成信号经过级联在一起的4阶低通、高通滤波器后完成滤波。 4仿真、分析 图4-1,图4-2,图4-3为频率分别为300Hz、1kHz与10kHz时的示波器波形显示，其输入的正弦信号的幅值均为2V，滤波器的仿真结果符合预期结果。 图4-1 时滤波器仿真结果 图 4-2 f=1000Hz滤波器仿真结果 图4-3 f=10kHz滤波器仿真结果 图4-4 下限截止频率

带通滤波器的设计

带通滤波器设计 作者：汤美玲 陕西理工学院（物电学院）电子信息科学与技术专业2008级陕西汉中723000 指导教师：蒋媛 摘要：带通滤波器（bandpass filter）是从滤波器的特性上划分的，带通滤波器是指能通过某一频率范围内的频率分量、但将其他范围的频率分量衰减到极低水平的滤波器，与带阻滤波器的概念相对。从实现的网络结构或者从单位脉冲响应长度分类，可以分为无限长单位脉冲响应（IIR）滤波器和有限长单位脉冲响应（FIR）滤波器。IIR数字滤波器的设计方法是利用模拟滤波器成熟的理论及设计图表进行设计的，因而保留了一些经典模拟滤波器优良的幅度特性。但设计中只考虑了幅度特性，没考虑相位特性，所设计的滤波器一般是某种确定的非线性相位特性。为了得到线性相位特性，对IIR滤波器必须另外增加相位相位校正网络，是滤波器设计变得复杂，成本也高，又难以得到严格的线性相位特性。FIR滤波器在保证幅度特性满足技术要求的同时，很容易做到有严格的线性相位特性。两者各有优点，择其而取之。后面的FIR滤波器的设计中，为获得有限长单位取样响应，需要用窗函数截断无限长单位取样响应序列。另外，在功率谱估计中也要遇到窗函数加权问题。由此可见，窗函数加权技术在数字信号处理中的重要地位。 关键词：带通滤波器,模拟，数字,IIR,FIR,MATLAB软件 Abstract：Bandpass filter (bandpass filter) from the characteristics of the classification of the filter, belt filter is to point to by a frequency can within the scope of the frequency component, but will other range of frequency components to a very low level of attenuation filter, belt and the concept of elimination filter relative. From the network structure or realize from the unit impulse response length classification, can be divided into an infinite long unit impulse response (IIR) filter and limited long unit impulse response (FIR filter. IIR the design of the digital filter method is to use the filter mature theory and simulation design charts for design, so keep some classic simulation filter excellent range characteristics. But design only considered the range characteristics, didn't consider phase characteristic, the design is a certain general filter nonlinear phase characteristic. In order to get the linear phase characteristic, for an additional filter must IIR phase phase correction network, is filter design complicated, the cost is high, and hard to get the strict linear phase characteristic. FIR filter in the guarantee range characteristics to meet technical requirements at the same time, very easy to do have the strict linear phase characteristic. Both have their advantages, pick the and of the take. The back of the FIR filters design, to acquire limited long unit sampling response, need to use the window function truncation infinite long unit sampling response sequence. In addition, in the power spectrum estimation to meet a window function and weighted problem. This shows, window function weighted technology in the digital signal processing to the important position. Key words：Bandpass filter, simulation , digital , IIR , FIR , MATLAB software 一.任务 1．基于IIR模拟带通滤波器的设计.

DSP实验报告--离散时间信号与系统的时、频域表示-离散傅立叶变换和z变换-数字滤波器的频域分析和实现-数字

南京邮电大学 实验报告 实验名称：离散时间信号与系统的时、频域表示离散傅立叶变换和z变换 数字滤波器的频域分析和实现 数字滤波器的设计 课程名称数字信号处理A(双语) 班级学号B13011025 姓名陈志豪 开课时间2015/2016学年，第1学期

实验名称：离散时间信号与系统的时、频域表示 实验目的和任务： 熟悉Matlab基本命令，理解和掌握离散时间信号与系统的时、频域表示及简单应用。在Matlab环境中，按照要求产生序列，对序列进行基本运算；对简单离散时间系统进行仿真，计算线性时不变（LTI）系统的冲激响应和卷积输出；计算和观察序列的离散时间傅立叶变换（DTFT）幅度谱和相位谱。 实验内容： 基本序列产生和运算：Q1.1～1.3，Q1.23，Q1.30～1.33 离散时间系统仿真：Q2.1～2.3 LTI系统：Q2.19，Q2.21，Q2.28 DTFT：Q3.1，Q3.2，Q3.4 实验过程与结果分析： Q1.1运行程序P1.1，以产生单位样本序列u[n]并显示它。 clf; n = -10:20; u = [zeros(1,10) 1 zeros(1,20)]; stem(n,u); xlabel('Time index n'); ylabel('Amplitude'); title('Unit Sample Sequence'); axis([-10 20 0 1.2]);

Q1.2 命令clf，axis，title，xlabel和ylabel命令的作用是什么？ 答：clf命令的作用：清除图形窗口上的图形； axis命令的作用：设置坐标轴的范围和显示方式； title命令的作用：给当前图片命名； xlabel命令的作用：添加x坐标标注； ylabel c命令的作用：添加y坐标标注； Q1.3修改程序P1.1，以产生带有延时11个样本的延迟单位样本序列ud[n]。运行修改的程序并显示产生的序列。 clf; n = -10:20; u = [zeros(1,21) 1 zeros(1,9)]; stem(n,u); xlabel('Time index n'); ylabel('Amplitude'); title('Unit Sample Sequence'); axis([-10 20 0 1.2]); Q1.23修改上述程序，以产生长度为50、频率为0.08、振幅为2.5、相移为90度的一个正弦序列并显示它。该序列的周期是多少？ n = 0:50;

MATLAB的数字滤波器设计与仿真

MATLAB的数字滤波器设计与仿真 摘要：根据一实例提出基于MATLAB的三种设计IIR数字带通滤波器的方法，给出了MATLAB完整程序与SPTOOL、FDATOOL工具界面设计的详细步骤，并用SIMULINK进行仿真。最终分析了二种不同设计方法的区别与优势。 关键词：MATLAB；DF；IIR；SPTOOL；FDATOOL；SIMULINK 1、引言 在现代通信系统中，由于信号中经常混有各种复杂成分，所以很多信号分析都是基于滤波器而进行的，而数字滤波器是通过数字运算实现滤波，具有处理精度高、稳定、灵活、不存在阻抗匹配问题，可以实现模拟滤波器无法实现的特殊滤波功能。数字滤波器根据其冲击响应函数的时域特性，可分为两种，即无限长冲击响应（IIR）数字滤波器和有限长冲激响应（FIR）数字滤波器。实现IIR滤波器的阶次较低，所用的存储单元较少，效率高、精度高，而且能够保留一些模拟滤波器的优良特性，因此应用很广。Matalab软件以矩阵运算为基础，把计算、可视化及程序有机融合到交互工作环境中，并且为数字滤波器的研究和应用提供了一个直观、高效、便捷的利器。本文首先介绍了数字滤波器的概念，分类以及设计要求。接着利用信号处理图像界面FADtool来设计滤波器以及Sptool界面设计方法，并用FDAtool模拟IIR数字滤波器处理信号。 2、数字滤波器 数字滤波器是一种用来过滤时间离散信号的数字系统，通过对抽样数据进行数学处理来达到频域滤波的目的。数字滤波器也是具有一定传输选择特性的数字信号处理装置，其输入、输出均为数字信号，实质上是一个由有限精度算法实现的线性时不变离散系统。它的基木工作原理是利用离散系统特性对系统输入信号进行加工和变换，改变输入序列的频谱或信号波形，让有用频率的信号分量通过，抑制无用的信号分量输出。数字滤波器除了具有数字信号处理的固有优点外，还有滤波精度高、稳定性好、灵活性强等优点。 数字滤波器有多种分类, 根据数字滤波器冲激响应的时域特征, 可将数字滤波器分为两种,即无限长冲激响应(IIR)滤波器和有限长冲激响应(FIR)滤波器；根据数字滤波器的实

带通滤波器的仿真

带通滤波器的仿真研究 目录 前言 (1) 第1章网络系统分析 (2) §1.1 网络系统变量 (2) §1.2 散射参数S (3) §1.2.1 S的定义 (4) §1.2.2 S的物理意义 (6) 第2章滤波器的基本概念和理论 (8) §2.1 传递函数 (8) §2.1.1 传递函数的一般定义 (8) §2.1.2 切比雪夫响应 (8) §2.1.3 低通原型滤波器 (9) §2.1.4 低通向带通转换 (10) 第3章微带传输线和组件 (11) §3.1 微带线 (12) §3.1.1 微带结构 (12) §3.1.2 微带线的基本特性 (13) §3.1.3 微带谐振原理 (13) 第4章耦合谐振电路 (15) §4.1 耦合谐振滤波器的耦合矩阵 (15) §4.1.1 环路方程 (16) §4.1.2 结点方程 (18) §4.2 同步调谐耦合谐振 (21) §4.2.1 电耦合 (21) §4.2.2 磁耦合 (22) §4.2.3 电磁混合耦合 (24) §4.3 K和Qe的提取 (25) §4.4 耦合实例 (26)

第5章高级射频/微带滤波器的设计 (29) §5.1 微带滤波器的实现 (29) §5.2 SONNET仿真软件介绍 (31) §5.3 发夹式微带带通滤波器的设计 (33) §5.3.1 发夹式微带带通滤波器的的设计原理 (33) §5.3.2 滤波器的主要指标及参数的求解 (37) §5.3.3 仿真结果分析 (38) 结论 (42) 参考文献 (43) 致谢................................................................. 错误！未定义书签。附录................................................................. 错误！未定义书签。

信号与系统课程设计报告。

信号与系统课程设计报告 ——频分复用通信系统的仿真设计 指导老师：XXX 小组成员： 摘要： 通过对信号与系统这门课程第八章通信系统学习，我们对频分复用（FDMA）技术产生了浓厚的兴趣，于是决定自己利用MATLAB强大的仿真功能来对频分复用系统进行仿真。本文首先录制三段不同的语音信号。然后通过推导，确定合适的载波信号的频率，对信号进行调制，调制后整合到一个复用信号上。再在复用信号上加一个随机的高斯白噪声得到在信道中传输的信号。之后根据通过对复用信号的频谱分析，得出切比雪夫滤波器的各项参数，通过设计好的滤波器进行信号分离后分别根据载波信号进行解调，再通过一个低通滤波器，得到原始信号。通过此次对FDMA的仿真，我们更清楚了解了频分复用的工作原理，以及AM调制解调方法，和滤波器的设计方法。频分复用技术对与通信系统节省资源有着重要的意义。 关键词： 频分复用 MATLAB 高斯白噪声 引言： 在电话通信系统中，语音信号频谱在300—3400Hz内，而一条干线的通信资源往往远大于传送一路语音信号所需的带宽。这时，如果用一条干线只传一路语音信号会使资源大大的浪费，所以常用的方法是“复用”，使一条干线上同时传输几路电话信号，提高资源利用率。 本文是基于MATLAB的简单应用，首先录制三段不同的语音信号。然后选择合适的高频载波，对信号进行调制，调制后整合到一个复用信号上。确定合适的信噪比，在复用信号上加一个随机的高斯白噪声得到在信道中传输的信号。之后根据载波信号设计合适的带通滤波器将三种信号进行分离，信号分离后分别进行同步解调，再通过一个低通滤波器，得到通过频分复用系统传输后得到的各个信号，将得到的信号与原信号对比，要保证信号与原信号吻合较好。 正文： 一、设计要求： 1、基本要求： （1）使用MATLAB软件画出采样后语音信号的时域波形和频谱图。

带通滤波器matlab设计

带通滤波器matlab设计 一、什么是带通滤波器 带通滤波器是一种能够通过某个频率范围内的信号，而抑制其他频率信号的电路或系统。它可以过滤掉低于或高于特定频率范围的信号，只保留在该范围内的信号。 二、带通滤波器的分类 根据其工作原理和电路结构，带通滤波器可以分为以下几类： 1. 无源RC电路带通滤波器：由电容和电阻组成，能够将特定频率范围内的信号通过，并将其他频率信号抑制。 2. 有源RC电路带通滤波器：在无源RC电路基础上加入了放大器，使得其具有更好的增益和稳定性。 3. LC谐振型带通滤波器：由电感和电容组成，利用谐振原理来实现对特定频率范围内信号的过滤。 4. 基于数字信号处理（DSP）技术的数字带通滤波器：通过数字处理

算法来实现对特定频率范围内信号的过滤。 三、使用matlab设计带通滤波器 在matlab中设计带通滤波器需要进行以下步骤： 1. 确定滤波器类型：根据实际需求选择合适的带通滤波器类型。 2. 确定滤波器参数：根据所需的频率范围、通带增益、阻带衰减等参数，计算出滤波器的具体参数。 3. 选择合适的设计方法：可以采用基于模拟电路设计方法或数字信号处理（DSP）设计方法。 4. 编写matlab代码：根据所选设计方法，编写相应的matlab代码进行滤波器设计。 5. 仿真验证：利用matlab进行仿真验证，检查滤波器是否符合预期要求。 四、基于模拟电路设计方法 1. 无源RC电路带通滤波器

无源RC电路带通滤波器由一个并联的电容和电阻组成。其传输函数为： H(s) = 1 / (sRC + 1) 其中R为电阻值，C为电容值，s为复变量。通过调整RC值可以实现对特定频率范围内信号的过滤。在matlab中可以使用bode函数绘制该滤波器的幅频响应曲线，从而进行验证和优化。 2. 有源RC电路带通滤波器 有源RC电路带通滤波器在无源RC电路基础上加入了一个放大器，使得其具有更好的增益和稳定性。其传输函数为： H(s) = - Rf / (1 + sRfCf) * 1 / (sRC + 1) 其中Rf为放大器反馈电阻值，Cf为放大器反馈电容值。通过调整RC、Rf和Cf值可以实现对特定频率范围内信号的过滤。在matlab中可以使用bode函数绘制该滤波器的幅频响应曲线，从而进行验证和优化。 五、基于数字信号处理（DSP）设计方法 基于数字信号处理（DSP）技术的数字带通滤波器可以通过matlab中

MatLab对语音信号进行频谱分析及滤波

数字信号处理综合实验报告 综合实验名称：应用Matlab对语音信号进行 频谱分析及滤波 系： 学生姓名： 班级：通信 学号：11 成绩： 指导教师： 开课时间：2011-2012学年上学期

一．综合实验题目 应用MatLab对语音信号进行频谱分析及滤波 二．主要内容 录制一段个人自己的语音信号，并对录制的信号进行采样；画出采样后语音信号的时域波形和频谱图；给定滤波器的性能指标，采用窗函数法和双线性变换设计滤波器，并画出滤波器的频率响应；然后用自己设计的滤波器对采集的信号进行滤波，画出滤波后信号的时域波形和频谱，并对滤波前后的信号进行对比，分析信号的变化；回放语音信号； 课程设计应完成的工作： 1、语音信号的采集; 2、语音信号的频谱分析; 3、数字滤波器的设计; 4、对语音信号进行滤波处理; 5、对滤波前后的语音信号频谱进行对比分析; 三．具体要求 1、学生能够根据设计内容积极主动查找相关资料; 2、滤波器的性能指标可以根据实际情况作调整; 3、对设计结果进行独立思考和分析; 4、设计完成后,要提交相关的文档; 1)课程设计报告书(纸质和电子版各一份,具体格式参照学校课程设计管理规定), 报告内容要涵盖设计题目、设计任务、详细的设计过程、原理说明、、频谱图 的分析、调试总结、心得体会、参考文献（在报告中参考文献要做标注，不 少于5篇）。 2)可运行的源程序代码(电子版) 在基本要求的基础上,学生可以根据个人对该课程设计的理解,添加一些新的内容; 四．进度安排

五．成绩评定 （1）平时成绩：无故旷课一次，平时成绩减半；无故旷课两次平时成绩为0分，无故旷课三次总成绩为0分。迟到15分钟按旷课处理 （2）设计成绩：按照实际的设计过程及最终的实现结果给出相应的成绩。 （3）设计报告成绩：按照提交报告的质量给出相应的成绩。 课程设计成绩=平时成绩（30%）+设计成绩（30%）+设计报告成绩（40%）

课程设计-傅里叶变换在通信系统中的应用研究(终稿)

东北石油大学课程设计 2010年12月24日

东北石油大学课程设计任务书 课程通信综合课程设计 题目傅里叶变换在通信中的应用研究 专业通信工程姓名于清洋学号070602140113 主要内容、基本要求、主要参考资料等 主要内容 傅里叶变换是一种重要的变换，且在通信系统数字信号处理中有着广泛的应用。本文主要研究傅里叶变换的基本原理；其次，掌握其在信号调制、解调，滤波，抽样等方面中的应用。分析了信号在通信系统中的处理方法，通过傅里叶变换推导出信号调制解调的原理，由此引出对频分复用通信系统的组成原理的介绍。 基本要求 通过傅里叶变换实现一个高通滤波，低通滤波，带通滤波。用傅里叶变换推导出信号调制解调的原理。通过抽样实现连续信号离散化，简化计算。另外利用调制的原理推导出通信系统中的时分复用和频分复用。 参考资料 [1]樊昌信，曹丽娜.通信原理[M].北京：国防工业出版社，2006.95-113. [2]郑君里，应启珩，杨为理.信号与系统[M].北京：高等教育出版社， 2001.98-102. [3]Rodger E.Ziemer，肖志涛. 信号与系统—连续与离散[M].北京：电子工业出 版社，1999.63-68. [4]陶亚雄.现代通信原理[M].北京：电子工业出版社，2003.128-132. [5]乐正友.信号与系统[M].北京：清华大学出版社，2007.79-81. 完成期限2010、11、1—2010、12、24 指导教师 专业负责人 2010年11 月1日

目录 1.引言 (1) 2.傅里叶变换 (1) 2.1 傅里叶变换的提出及发展 (1) 2.2 傅里叶变换定义 (2) 2.3 傅里叶变换的分类 (3) 3.傅里叶变换在滤波技术中的应用 (4) 3.1 滤波的概念 (4) 3.2 理想选择性滤波器 (4) 3.3 系统的物理可实现性 (6) 4.傅里叶变换在调制与解调技术中的应用 (7) 4.1 调制与解调的原理 (8) 4.2 正弦调制过程 (9) 4.3 相干解调 (10) 5.傅里叶变换在抽样技术中的应用 (11) 5.1理想抽样 (11) 5.2 抽样的恢复 (13) 5.3零阶抽样保持 (14) 6.频分复用与时分复用 (17) 7.结束语 (19) 参考文献 (19)

FFT算法及IIRFIR滤波器的设计资料

FFT算法及IIRFIR滤波器的设计资料 FFT算法（快速傅里叶变换）是一种快速计算离散傅里叶变换（DFT）的算法。DFT是一种将时域信号转换到频域的方法，用于信号处理、图像 处理、音频处理等领域。FFT算法通过减少计算量的方式，提高了DFT的 计算效率。 FFT算法的基本思想是将N点的DFT分解为N/2点的DFT和N/2点的DFT，再将结果递归地拆分为更小规模的DFT，直到只剩下1点的DFT。然 后通过合并这些较小规模的DFT结果，得到完整的DFT结果。FFT算法的 关键是将计算量从O(N^2)减少到O(NlogN)，极大地提高了计算效率。 FFT算法的应用非常广泛，特别是在频谱分析、滤波器设计、频域特 征提取等领域。在信号处理中，常常需要对信号进行滤波以去除噪声、增 强信号等。而滤波器的设计可以基于IIR（Infinite Impulse Response，无限脉冲响应）滤波器或FIR（Finite Impulse Response，有限脉冲响应）滤波器。 IIR滤波器是一种反馈滤波器，具有无限脉冲响应。其输入和输出之 间存在反馈路径，使其具有存储功能。IIR滤波器的特点是具有较高的计 算效率，并且可以实现更窄的带通和带阻滤波特性。IIR滤波器的设计主 要包括两个方面：滤波器结构的选择和滤波器系数的确定。常用的IIR滤 波器结构包括直接形式I和直接形式II等。 FIR滤波器是一种前馈滤波器，具有有限脉冲响应。其输入和输出之 间不存在反馈路径，所以不会产生稳定性问题。FIR滤波器的特点是具有 线性相位特性、稳定性好、抗混叠性能好等优点。FIR滤波器的设计主要

包括两个方面：滤波器阶数的确定和滤波器系数的确定。常用的FIR滤波器设计方法包括窗函数法、最小二乘法等。 设计IIR和FIR滤波器的过程中，需要根据滤波器的频率响应要求和系统性能指标，选择适当的滤波器结构和设计方法。具体的设计步骤和计算公式可以在相关的滤波器设计资料中找到。此外，还可以使用各种数学工具和信号处理软件来辅助滤波器的设计和仿真。 总之，FFT算法和IIR、FIR滤波器设计是信号处理领域非常重要的内容，相关的资料和文献很多，可以通过引擎、学术论文数据库等途径获取更详细和具体的信息。希望对你的学习和研究有所帮助！

基于 HWPT-ZFFT的二维全息谱计算方法

基于 HWPT-ZFFT的二维全息谱计算方法 李纪永;李舜酩;陈晓红;王勇 【摘要】精确的频率、相位和幅值识别是进行全息谱计算的必备条件，针对含3个及以上的密集频谱成分，提出一种基于谐波小波包变换的频谱细化方法（harmonic wavelet packets transform‐zoom fast Fourier transform ，简称HW‐PT‐ZFFT ），较传统的复调制细化傅里叶变换所利用的低通及带通滤波器相比，其盒型频谱特性可将感兴趣频段的信号正交，无冗余、无泄漏地提取出，提高了识别精度。首先，利用谐波小波包对密集频谱成分进行滤波；然后，频移进而重采样，进行傅里叶变换得到细化的频率、幅值及相位；最后，计算密集频率下二维全息谱，进行双盘转子全息谱计算，考虑高次分倍频，得到更丰富的故障特征。仿真及双盘转子实验结果表明所提出方法的有效性。 【期刊名称】《振动、测试与诊断》 【年(卷),期】2016(000)001 【总页数】5页(P68-72) 【关键词】谐波小波包;密集频谱;频谱细化;全息谱 【作者】李纪永;李舜酩;陈晓红;王勇 【作者单位】南京航空航天大学能源与动力学院南京，210016;南京航空航天大学能源与动力学院南京，210016;南京航空航天大学理学院南京，210016;南京航空航天大学能源与动力学院南京，210016 【正文语种】中文

【中图分类】V233.1;TH132 传统的谱分析应用在旋转机械故障诊断有两个缺陷：a.相位与振幅分离，甚至忽略相位信息；b.转子截面两向振动信号关系未能体现出来。从轴心轨迹的形状、稳定性和旋转方向等方面进行分析，得到比较全面的机组运行状态信息，发展了基于信息融合的全谱、全息谱和全矢谱技术[1]。二维全息谱将转子在一个截面的水平和垂直的振动幅值与相位绘制谱图，反映了转子在一个支承面的振动情况[2-3]，在实践中得到广泛应用并积累了许多特征谱图[4-5]。 由于全息谱技术是建立在傅里叶变换基础之上，精确的频率、幅值与相位是全息谱计算的关键，经典的全息谱方法利用比值内插法校正频率，但难以区分密集频谱成分。密集频谱成分细化与校正方法可分为两类：a.包含两个密集频率成分信号的频谱细化方法;b.包含3个及以上密集频率成分信号的频谱细化方法。含3个及以上的密集频率成分细化思路有：进行频移、滤波和重采样提高频率分辨率；在窗长度不变的情况下进行局部细化；拓展号序列空间，增加数据长度等[6]。文献[7]提出复解析带通滤波器的复调制细化选带方法，采用复解析带通滤波器滤波，具有速度快精度高特点。文献[8]利用基于小波变换的频谱细化方法细化密集频谱成分，即在进行细化处理之前利用组合的高斯小波进行滤波，在组合高斯小波边缘依然不光滑，并指出盒型频谱其滤波性能好[9]。 笔者提出HWPT-ZFFT方法，首先，利用谐波小波包进行滤波[10-11]，其盒型频谱特性可将信号正交、无冗余和无遗漏的分解在相应的频带上[12-13]；然后，细化密集频谱成分，得到修正的频率、幅值和相位；最后，进行二维全息谱分析。由于考虑了密集频谱成分，所以体现出丰富的故障特征。 二维全息谱具体实现过程如下:a.将一个支承截面上的x，y两方向的振动信号进行快速傅里叶变换得到频率幅值相位；b.将变换之后的幅值与相位以阶次为单位进行融合，根据幅值和相位信息计算出每个阶次处的离心率、长轴和短轴等椭圆信息。

基于MATLAB环境的数字滤波器的设计与仿真

基于MATLAB环境的数字滤波器的设计与仿真 摘要：数字滤波器是数字信号处理中最重要的工具之一。在许多科学技术领域中广泛采用数字滤波器进行信号处理。数字滤波器分为两类，即有限脉冲响应滤波器（FIR）和无限脉冲响应滤波器（IIR）。 数字滤波器是由数字乘法器、加法器和延时单元组成的一种装置。其功能是对输入离散信号的数字代码进行运算处理，以达到改变信号频谱的目的。由于电子计算机技术和大规模集成电路的发展，数字滤波器已可用计算机软件实现，也可用大规模集成数字硬件实时实现。本文针对在实际设计中要大量应用数字滤波器这一现实，对数字滤波器的基本理论、性能特点、设计方法进行了全面的分析，特别是对有限冲击响应数字滤波器(FIR)的设计进行了深入的探讨。 文章运用了MA TLAB仿真手段对数字滤波器的设计理论和设计方法方法进行了研究。论文主要包括数字滤波器以及MATLAB在信号处理方面的概述，FIR数字滤波器设计方法的介绍，MATLAB语言仿真，以及最终结论。本论文所采用的研究方法是仿真比较，介绍了常用滤波器的设计方法，通过MATLAB软件对各种方法分别实现仿真，然后对仿真结果进行比较。通过对数字滤波器的理论研究为今后的实践奠定理论基础。 关键词：数字滤波器；FIR滤波器；MATLAB；仿真

Design and Simulation of Digital Filter Based On MATLAB Abstract: Digital filter is one of the most important parts of digital signal processing. In many fields of science and technology, it is widely used for digital signal processing. Digital filter includes finite impulse response filter(FIR) and infinite impulse response filter(IIR). Digital wave filter is a kind of installation that forms by digital multiplier, adder and the unit of delay time. Its function is to carry out operational handling for inputting the digital code of dispersed signal in order to reach the purpose that changes signal frequency spectra. Because of the development of the computer technical circuit of large scale integration digital wave filter can already realize with computer software, can also realize with the digital hardware real time of large scale integration. Digital wave filter is a dispersed time system. As digital filters, in particular FIR filters, are widely used in modern designs, this dissertation comprehensively anglicized fir’s basic theory, characters and design methodologies. In this paper, MATLAB simulation is employed to study the design theory and methods of digital filter. The summary of digital filter and MATLAB language are introduced. Method of FIR filter design, results of MATLAB simulation are described in detail as well. The common design methods of digital filter are simulated with MATLAB to find the result that I need before. It is hope that it can provide a reference for future appliance. Key Words: digital filter；FIR filter；MATLAB；simulation

基于ZFFT加窗多谱线插值法的谐波分析及应用研究

基于ZFFT加窗多谱线插值法的谐波分析及应用研究随着非线性负荷和电力电子设备的普及与使用,电网被谐波污染的程度不断增加,而准确地谐波分析与谐波电能计量在减小谐波影响的研究工作中显得尤为重要。谐波参数的准确检测与分析是研究谐波问题的前提,而谐波参数分析的准确性为谐波电能的高准确度计量提供了科学依据。 谐波参数分析最普遍的方法是FFT(Fast Fourier Transform,快速傅里叶变换),但其受频谱泄漏和栅栏效应的影响较为严重,使得谐波参数分析的准确度相对较低。由于谐波信号具有不确定性等因素,如出现间谐波等,也会对准确地谐波分析结果产生很大的影响。 因此,本文提出基于ZFFT(Zoom-FFT,复调制细化法)加窗多谱线插值的谐波分析方法,并结合Budeanu功率分解原理完成谐波的电能计量。并与传统FFT谐波分析方法进行仿真对比验证,仿真结果表明本文算法更具有准确性和优越性。 主要研究内容包括以下几个方面:(1)分析基于加窗多谱线插值法的谐波分析及应用研究的背景和意义,并介绍其发展现状。研究傅里叶变换理论,分析其存在问题的原因及现象,并提出相应的解决办法。 通过这些阐述与分析为后续理论研究奠定基础。(2)分析典型窗函数及其频域特性,研究窗函数的选取标准。 将窗函数作时域卷积和改变窗函数系数法进行结合,提出新型梯形自卷积窗函数,并分析其频域特性。研究并构建基于2阶梯形自卷积窗四谱线插值的谐波分析方法,推导并建立谐波参数的修正公式。 分析传统复调制细化法原理,提出并建立基于复解析带通滤波器的复调制细化分析方法。(3)研究电能计量的基本理论,分析谐波对电能计量的影响及电能计

Zoomfft算法的实现

Zoomfft算法的实现 【摘要】传统的快速傅里叶(FFT)算法[1]只能比较粗略的计算频谱，分辨率较低，而我们常常对频域信号中某一局部频段感兴趣，从而只对此频段进行频谱分析就能在此区域内得到较高的频率分辨率。基于复调制[2]的ZoomFFT方法是一种有效的方法。此文介绍了复调制ZoomFFT方法基本原理及其应用[3]，用C 语言编程实现，并通过实验进行验证该算法的可行性。 【关键词】傅里叶变换；复调制；ZoomFFT；频率分辨率 1.引言 传统的FFT方法得到的信号频谱是一种离散的频谱，其分辨率为Δf=fs/N，其中，fs为采样频率，N为采样点数。由此我们可以得出，频谱的分辨率是由采样频率fs和采样点数N来确定，根据乃奎斯特采样定理，要使信号的频谱不产生混叠，采样频率fs应大于信号带宽的两倍。而分辨率的提高(Δf越小分辨率越高)只能通过降低采样频率fs或增大采样点数N，但fs的降低受到乃奎斯特定律的限制，不能过小，过小会发生频谱混叠；而增加取样点数会增加运算量和存储量，使得算法的时间增大，效率降低。由此看来,只有长的时间数据才有可能得到高的频率分辨力,但是由于实际测量条件和硬件方面等的限制,这样做并不总是可能的。而在实际测量中，我们往往只是对信号的某一频段的频率感兴趣，只分析这个频段的信号即可。基于复调制的ZOOMFFT可以实现在较窄的频带范围实现较高的频率分辨率。是一种折中的方法[4]。因此在很多领域得到了广泛的应用。 2.ZoomFFT的基本原理 ZoomFFT方法基本原理是：移频——数字低通滤波——重新抽样——复FFT——频率调整，其原理过程如图1所示。 设模拟信号为x(t)，经过A/D采样后，得到离散的序列x0(n)，(n=0,1…N-1)，fs为采样频率，fe为需要细化频带的中心频率，D为细化倍数，N为FFT的点数，X(k)为输出的序列。具体的算法过程可归纳为以下几个步骤： (1)复调制移频 所谓复调制移频指的是将频域坐标向左或向右移动，使得被观察的频段的起点移动到频域坐标的零频位置。模拟信号x(t)经过A/D转换后，得到离散的信号x0(n)，假设要观测的频带为f1～f2，则在此频带范围内进行细化分析，观测的中心频率为fe=(f1+f2)/2对x0(n)以e-j2πfe/fs进行复调制，得到的频移信号：式中fs=NΔf为采样频率，Δf为谱线间隔，L0=fe/Δf为频率的中心移位，也是在全局频谱显示中所对应中心频率fe的谱线序号，则fe=L0Δf。由此可得出，复调制使x0(n)的频率成分fe移到x(n)的零频点，也就是说X0(k)中的第L0条谱线移到X(k)中零点频谱的位置。为了得到X(k)零点附近的部分细化频谱，可重新抽样把频率降到fs/D，D为细化倍数。为了是抽样后的频率不发生频谱混叠，需要在抽样前进行低通滤波。 (2)数字低通滤波 为了保证重新采样后的信号在频谱分析时不发生频谱混叠，需进行抗混叠滤波，滤出需要分析的频段信号，设细化倍数为D，则数字低通滤波器的截止频率fC≤fs/2D。 (3)重新抽样

基于复调制的ZFFT算法在轨道电路信号检测中的应用

基于复调制的ZFFT算法在轨道电路信号检测中的应用 李国庆;武晓春 【摘要】随着铁路列车速度不断提高,轨道电路信号面临的干扰也越来越复杂,如何更加准确的检测出轨道电路信号参数成为了越来越重要的课题;由于轨道电路移频信号采用频率参数传递控制信息,因此通过提高信号频谱分辨率的思路来提高信号的可靠性,结合基于复调制的细化快速傅立叶变换(zoom fast fourier transform,ZFFT)算法在信号频谱局部细化领域的优势,考虑轨道电路信号在频域范围内的分布特性,针对轨道电路信号(FSK信号)的可靠检测提出了基于复调制的ZFFT算法,该算法通过将信号频谱中感兴趣的局部频段进行精细化处理,来提高频谱的分辨率;并通过仿真进行验证,仿真结果表明此方法检测到的移频信号低频满足误差标准,提高了轨道电路信号检测的可靠度. 【期刊名称】《计算机测量与控制》 【年(卷),期】2016(024)001 【总页数】4页(P262-265) 【关键词】轨道电路信号;谱分析;复调制;精细化 【作者】李国庆;武晓春 【作者单位】兰州交通大学自动化与电气工程学院,兰州730070;兰州交通大学自动化与电气工程学院,兰州730070 【正文语种】中文 【中图分类】TN911.23

当前我国铁路干线主要采用ZPW-2000无绝缘轨道电路[1]，传输的轨道电路信号是相位连续的移频键控信号，通过信号的频率参数来传递信息[2]，对ZPW-2000轨道电路信号频率参数的正确检测是保证行车安全行驶的重要保证。随着车速的提高和行车密度的增加，依靠传统的方法去检测和维护轨道电路设备已无法及时发现故障隐患并立即修复，不能适应高密度列车运行的需要。因此，需要有可靠性好、精度高的检测方法完成对铁路移频信号的检测。 欠采样技术在对信号检测中有着广泛的应用[3]，但本身存在一定的限制。例如，在采样时，必须满足关系式T=NTs，其中T是信号周期、Ts是采样时间间隔、N 为周期的采样点数，而且采样时所截取的信号区段时间必须是信号周期的整数倍，否则其FFT结果会发生混乱，产生频谱泄漏。而且对于频谱分辨率的要求也有限制。 在对轨道电路移频信号进行检测时，为了检测到可靠的控制信息，要求信号的频谱必须满足一定的分辨率。根据采样频率fs，采样点数N以及频谱分辨率△f的关系式△f=fs/N，可知通常提高分辨率的方法是降低采样频率fs和增加采样点数N，但在实际中这两种方法都不可取。因此提出只对需要观测的载频±40 Hz频带范围内的信号频谱进行细化处理[4-5]。由于基于复调制的ZFFT算法在信号频谱局部细化处理中，在分析精度、计算效率、分辨率、灵活性等方面都有着显著的优势，提出将其应用于轨道电路信号的检测中的思路。 复调制ZFFT算法主要思路是在对信号进行检测时，我们有时只对信号整个信号频谱中的一小段感兴趣，需要细致的观测这一小段频谱的频线分布，但如果单纯的通过降低和增加采样点数N来提高分辨率的做法并不可取，因为采样频率fs必须满足内奎斯特原理，而增加N也会也处理器带来更大的运算量。因此考虑将感兴趣的频段移至低频。然后用一个较低的采样频率去对移至低频的信号进行采样，这样既可以提高频谱分辨精度，有能够满足内奎斯特原理。主要处理过程是：移频→低

带通滤波器的仿真

电子科技大学中山学院电子工程系之宇文皓月创作 学生实验陈述 课程名称HFSS电磁仿真实验实验名称实验一-带通滤波器的仿真 班级，分组14无线技术实验时间 2017年03月07日 姓名，学号指导教师袁海军 报告内容 一、实验目的 （1）加深对滤波器理论方面的理解，提高用程序实现相关信号处理的能力； （2）掌握HFSS实现带通滤波器混频的方法和步调； （3）掌握用HFSS实现带通滤波器的设计方法和过程，为以后的设计打下良好的基础。 二、实验原理和电路说明 带通滤波器是指能通过某一频率范围内的频率分量、但将其他范围的频率分量衰减到极低水平的滤波器，与带阻滤波器的概念相对。一个模拟带通滤波器的例子是电阻-电感-电容电路(RLC circuit)。这些滤波器也可以用低通滤波器同高通滤波器组合来发生. 三、实验内容和数据记录 为了方便创建模型，在Tools>Options>HFSSOptions中将Duplicate boundaries with geometry复选框选中，这样可以使得在复制模型的同时，所设置的鸿沟也一同复制。 2）设置求解类型 将求解类型设置为激励求解类型： （1）在菜单栏中点击HFSS>SolutionType。 （2）如图5-1-7所示，在弹出的SolutionType窗口中： (a)选择DrivenModal。 (b)点击OK按钮。

图5-1-7设置求解类型 3）设置模型单位 （1）在菜单栏中点击3DModeler>Units。 （2）在弹出的如图5-1-8所示的窗口中设置模型单位，在此可选择：mm。 图5-1-8设置单位 4）建立滤波器模型 （1）首先建立介质基片，建立后的模型如图5-1-9所示。 图5-1-9建立介质基片 （a）在菜单栏中点击Draw>Box或者在工具栏中点击按钮，这时可以在3D窗口中创建长方体模型。 （b）在右下角的坐标输入栏中输入长方体的起始点位置坐标，即X：-20，Y：-35，Z：0.0 按回车键结束输入。输入各坐标时，可用Tab键来切换。 （c）输入长方体X、Y、Z三个方向的尺寸，即 dX：40，dY：70，dZ：-1.27 按回车键结束坐标输入。 （d）在特性（Property）窗口中选择Attribute标签，将该长方体的名字修改为Substrate。 （e）点击Material对应的按钮，在弹出的资料设置窗口中点击AddMaterial按钮，添加介电常数为10.8的介质，将其命名为sub。 （2）建立Ring-1。 （a）在菜单栏中点击Draw>Rectangle以创建矩形模型。 （b）在右下角的坐标输入栏中输入起始点位置坐标，即 X：0.0，Y：0.0，Z：0.0 按回车键结束输入。 （c）输入矩形边长，即 dX：10，dY：-25，dZ：0.0 按回车键结束输入。 （d）在特性（Property）窗口中选择Attribute标签，将该矩形的名字修改为Ring-1。 （e）在菜单栏中点击Draw>Rectangle。 （f）在右下角的坐标输入栏中输入起始点位置坐标，即 X：1.4，Y：-1.4，Z：0.0 按回车键结束输入。 （g）输入矩形边长，即 dX：7.2，dY：-22.2，dZ：0.0