基于LabVIEW平臺的虛擬濾波器去除噪聲VI設計

　　引言

　　在振動、聲學、地震、通訊、雷達、控制系統(tǒng)和生物醫(yī)學工程等廣泛的科學技術(shù)領域中都對實際所觀察的信號提出了濾波和頻譜分析的要求。以數(shù)字形式對它們進行處理的內(nèi)容，就構(gòu)成了數(shù)字信號處理的基本研究內(nèi)容。在虛擬儀器中濾波技術(shù)有著廣泛的應用。從測試現(xiàn)場采集到的信號中包含有對數(shù)據(jù)處理有用的信號、無用信號和噪聲，濾波的目的是從信號中提取有用的信號。在虛擬儀器系統(tǒng)中，將信號采集到電腦中，通常還需要利用軟件完成復雜的分析和信號處理工作，LabVIEW 提供了大量的分析工具，成熟的算法，方便了軟件的開發(fā)?；诖吮疚脑赑C機LabVIEW軟件中模擬產(chǎn)生一個接近于實際信號的帶噪聲的信號，生成一個帶噪聲的信號發(fā)生裝置。選擇濾波速度較快的無限沖激響應濾波器IIR，對虛擬濾波器去除噪聲進行設計。

　　1、設計思路

　　在信號傳輸過程中，經(jīng)常會混入高頻噪聲，噪聲的能量甚至會超過信號能量。因此接收端收到信號后，通常首先要進行低通濾波，然后才能對信號做進一步處理。 設計的流程圖圖1所示：

　　2．虛擬濾波器去除噪聲VI設計原理

　　2.1 生成濾波器的自選信號

　　自選信號是信號發(fā)生器發(fā)出的信號加上噪聲信號來實現(xiàn)的。在信號發(fā)生器部分應用Basic Function Generator.vi產(chǎn)生正弦波、方波、三角波、鋸齒波等標準信號，噪聲部分我使用了Uniform White Noise Waveform.vi生成均勻分布的偽隨機的白噪聲，然后一起相加生成自選信號。

圖1 虛擬濾波器去除噪聲VI流程圖

　　在本程序中，設定Fs(采樣頻率)和#s（采樣點數(shù)）均為1000，根據(jù)奈奎斯特抽樣定理生成信號的頻率小于Fs／2，頻譜就不會失真，所以Basic Function Generator.vi生成信號的頻率最好不要超過500Hz。但經(jīng)過試驗在LabVIEW中采樣頻率如果越接近Fs/2頻譜很容易失真。所以Basic Function Generator.vi生成信號的頻率一定要根據(jù)實際使用情況選擇。

　　噪聲的幅度值在[-a,a]之間，a是幅度的絕對值，本次設的是默認值0.10。由于生成的噪聲輸出信號要和Basic Function Generator.vi的生成信號相加，所以Sampling info（采樣信息）和Basic Function Generator.vi的Sampling info一致。輸出的signal out同樣也是一個簇，包含了to，Y，dt三個數(shù)據(jù)，各個數(shù)據(jù)的作用和Basic Function Generator.vi中的signal out是一樣的。Basic Function Generator.vi和Uniform White Noise Waveform.vi的signal out輸出的信號各自經(jīng)過一個get waveform component.vi得到波形成分Y。最后兩者生成的信號經(jīng)過get waveform component.vi后再經(jīng)過一個Add得到模仿的真實信號，如圖2所示，在連線時可以將兩者的error in(out)相連以備最后總程序產(chǎn)生報錯系統(tǒng)。

圖2 自選信號部分程序圖

　　2.2． 濾波部分

　　濾波部分是本程序的核心部分。選用濾波速度快，對相位沒有要求的IIR濾波器，本程序采用Butterworth濾波器和Chebyshev濾波器。巴特沃斯濾波器擁有最平滑的頻率響應，在截斷頻率以外，頻率響應單調(diào)下降。在通帶中是理想的單位響應，在阻帶中響應為零，過渡帶的陡峭成度正比于濾波器的階數(shù)，所以通過提高階數(shù)可以明顯的提高濾波效果。并且可以選擇低通濾波，高通濾波，帶通濾波或者帶阻濾波，用戶可以根據(jù)自己的濾波要求選擇合適的濾波模式。這個功能的實現(xiàn)是用一個case選擇結(jié)構(gòu)完成的。