Можно проектировать фильтры нижних, верхних, полосовых и полосовых частот, используя либо блок проектирования цифрового фильтра, либо мастер реализации фильтра. Эти блоки способны вычислять коэффициенты фильтра для различных структур фильтра. В этом разделе блок «Проектирование цифрового фильтра» используется для преобразования белого шума в низкочастотный, что позволяет моделировать его воздействие на систему.
В качестве практического применения предположим, что пилот говорит в микрофон в кабине самолета. Шум ветра, проходящего над фюзеляжем, также доходит до микрофона. Датчик измеряет шум ветра снаружи самолета. Вы хотите оценить шум ветра внутри кабины и вычесть его из входа в микрофон так, чтобы передавался только голос пилота. В этой главе сначала рассматривается моделирование низкочастотного шума, который достигает микрофона. Позже вы узнаете, как снять этот шум, чтобы был слышен только голос пилота.
В этом разделе для создания низкочастотного шума используется блок проектирования цифрового фильтра, который моделирует шум ветра внутри кабины пилотов:
Откройте модель путем ввода
в командной строке MATLAB ®. Эта модель содержит блок Scope, который отображает исходную синусоидальную волну и синусоидальную волну с добавленным белым шумом.
Откройте библиотеку Toolbox™ системы DSP путем ввода dsplib в командной строке MATLAB.
Преобразуйте белый шум в низкочастотный, введя в модель блок проектирования цифрового фильтра. В самолетном сценарии воздух, проходящий над фюзеляжем, создает белый шум, который измеряется датчиком. Блок случайного источника моделирует этот шум. Фюзеляж самолёта преобразует этот белый шум в низкочастотный, разновидность цветного шума, который слышен внутри кабины. Этот шум содержит только определенные частоты и его труднее устранить. В этом примере моделируется низкочастотный шум с помощью блока «Проектирование цифрового фильтра». Этот блок использует функциональные возможности инструмента проектирования и анализа фильтров (FDATool) для проектирования фильтра.
Дважды щелкните библиотеку Фильтрация (Filtering), а затем дважды щелкните вложенную библиотеку Реализации фильтра (Filter Implementations). Щелкните и перетащите блок «Проектирование цифрового фильтра» в модель.
Задайте параметры блока «Проектирование цифрового фильтра» для проектирования фильтра нижних частот и создания низкочастотного шума. Откройте диалоговое окно параметров блока, дважды щелкнув блок. Установите следующие параметры:
Тип ответа = Lowpass
Метод проектирования = FIR и в списке выберите Window
Порядок фильтра = Указать порядок и ввести 31
Масштаб полосы пропускания - очищен
Окно = Hamming
Единицы = Normalized (0 to 1)
wc = 0.5
На основе этих параметров блок проектирования цифрового фильтра проектирует низкочастотный КИХ-фильтр с 32 коэффициентами и частотой отсечки 0,5. Блок умножает отклик фильтра во временной области на 32 образца окна Хэмминга.
Щелкните Фильтр проектирования (Design Filter) в нижнем центре диалогового окна, чтобы просмотреть отклик на величину фильтра на панели Отклик на величину (Magnitude Response). Теперь диалоговое окно «Проектирование цифрового фильтра» должно выглядеть так же, как показано на следующем рисунке.
Вы разработали цифровой фильтр нижних частот, используя блок проектирования цифрового фильтра.
Можно поэкспериментировать с блоком «Проектирование цифрового фильтра», чтобы создать собственный фильтр. Дополнительные сведения о функциональных возможностях блока см. на странице вхождения блока «Проектирование цифрового фильтра».
В этом разделе в блок-схему добавляется фильтр нижних частот, разработанный в разделе «Проектирование цифрового фильтра в Simulink». Используйте этот фильтр, преобразующий белый шум в цветной, для моделирования низкочастотного ветрового шума внутри кабины:
Если модель, созданная в модуле Design a Digital Filter in Simulink, не открыта на рабочем столе, можно открыть эквивалентную модель, введя
в командной строке MATLAB.
Включите блок проектирования цифрового фильтра в блок-схему, поместив его между блоком случайного источника и блоком суммы.
Запустите модель и просмотрите результаты в окне Область (Scope). В этом окне отображается исходный входной сигнал и сигнал с добавленным к нему низкочастотным шумом.
Вы создали цифровой фильтр и использовали его для моделирования наличия цветного шума в вашем сигнале. Это аналогично моделированию низкочастотного шума, достигающего микрофона в кабине самолета. Теперь, когда вы добавили шум в вашу систему, вы можете экспериментировать с методами, чтобы устранить его.