3. Листинг программы.
Лицевая панель виртуального инструмента выглядит следующим образом:
Рисунок 4. - Лицевая панель виртуального инструмента.
На лицевой панели представлены:
Настройки для генератора сигнала.
Настройки для фильтров.
График чистого сигнала и сигнала с шумом.
Графики результатов фильтрации
Графики результатов быстрого преобразования Фурье.
Блок диаграмма выглядит следующим образом:
Рисунок 5. - Блок диаграмма
Генерация различных стандартных сигналов с добавлением шума с помощью ВП Basic Function Generator.vi и Gaussian White Noise Waveform.vi. Для генерации сигналов - массивов (или последовательностей) в LabVIEW имеется широкий выбор возможностей. Наличие генератора случайных чисел позволяет добавлять к ним шум. Узлы Expression Node и Formel Node, позволяют определить каждый отсчет сигнала в виде формулы как функцию его номера. С помощью набора функций Signal Generation из палитры Signal Processing можно создавать ряд стандартных сигналов. Эти функции генерируют последовательности отсчетов. С помощью библиотеки виртуальных приборов Waveform Generation из палитры Signal Processing сигналы можно создавать масштабированными во времени. Данный виртуальный прибор написан с использованием функций Signal Generation (Рисунок 6).
Рисунок 6. Генератор сигнала.
Рисунок 7. Сигнал без помехи.
В качестве генератора помех был взят Гауссовский белый шум.
Рисунок 8. Гауссовский белый шум.
Виртуальный прибор генерирует псевдослучайную последовательность с гауссовским (нормальным) распределением с параметрами (μ,sigma) = (0,s), где s является абсолютным значениA ем заданного стандартного (среднеквадратичного) отклонения (standard deviation). По умолчанию значение стандартного отклонения равно 1,0. Гауссовский шум описывается следующей функцией плотности вероятностей:
Рисунок 9. Гауссовский белый шум.
Рисунок 10. Сигнал с помехой.
Для фильтрации сигнала были взяты фильтры Баттеруорта разных типов (Фильтр нижних частот (Lowpass), Фильтр верхних частот (Highpass), Полосовой фильтр (Bandpass), Режекторный фильтр (Bandstop)):
Рисунок 11. Фильтр Баттеруорта
Вход частота дискретизации: fs (sampling freq: fs) определяет частоту выборок. Частота дискретизации должна быть больше 0. По умолчанию она равна 1,0. Вход верхняя частота среза (high cutoff freq: fh) игнорируется для фильтров типа 0 (фильтр нижних частот) или 1 (фильтр верхних частот). Для фильтров типа 2 (полосовой фильтр) или 3 (режекторный фильтр) верхняя частота среза должна быть больше, чем нижняя частота среза, и соответствовать критерию Найквиста 0 < fh < 0,5fs. Значение входа нижняя частота среза (low cutoff freq: fl) по умолчанию равно 0,125. Вход порядок (order) определяет порядок фильтра, который должен быть больше нуля. По умолчанию его значение равно 2. Вход инициализировать/продолжить (init/cont) управляет инициализацией внутренних состояний. По умолчанию на входе установлено значение ЛОЖЬ. При этом внутренние состояния устанавливаются в 0. При установке на входе инициализировать/продолжить значения ИСТИНА внутренние состояния соответствуют последним состояниям фильтра из предыдущего вызова данного ВП. При фильтрации длинной последовательности, которая может быть разбита на меньшие блоки, целесообразно устанавливать данный вход в состояние ЛОЖЬ при фильтрации первого блока и в состояние ИСТИНА при фильтрации остальных блоков. Виртуальное приложение Коэффициенты Баттерворта (Butterworth Coefficients), находящийся в подпалитре Дополнительная БИХ фильтрация (Advanced IIR Filtering) принимает перечисленные выше значения входов и формирует на выходе Кластер БИХAфильтра
Рисунок 12. Результат фильтрации фильтрами Баттеруорта.
Заключение.
В процессе выполнения работы были изучены современные способы цифровой фильтрации. Рассмотрены цифровые фильтры, их принципы работы, достоинства и недостатки. Кроме того был реализован виртуальный прибор для выделения сигнала на фоне аддитивной помехи.
Список использованных источников.
1.Тревис Дж. LabVIEW для всех. М:ДМК Пресс, ПриборКомплект,
2. Суранов А.Я. Справочник по функциям. М.:ДМК Пресс.
3. Климентьев Е.К. Основы графического программирования в среде LabVIEW. Учебное пособие. Самара: Самар. гос. аэрокосм. ун-т, 2002 г.
4. Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов: учебник для ВУЗов. - 2-e изд. СПб.: Питер
5. Б. Скляр. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение.
6. Рабинет и Голд. Теория и практика цифровой обработки сигналов.