Tiểu luận xử lý tín hiệu nâng cao NGHIÊN CỨU VỀ NHỮNG PHƯƠNG PHÁP LỌC TÍN HIỆU SỐ NỘI DUNG CHÍNH GIỚI THIỆU VỀ LỌC TÍN HIỆU VÀ BỘ LỌC SỐ CẤU TRÚC CĂN BẢN CỦA CÁC BỘ LỌC SỐ FIR CẤU TRÚC CĂN BẢN CỦA CÁC BỘ LỌC SỐ IIR LỌC THICH NGHIBỘ LỌC KALMAN
NGHIÊN CỨU VỀ NHỮNG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VỀ NHỮNG PHƯƠNG PHÁP LỌC TÍN HIỆU SỐ LỌC TÍN HIỆU SỐ HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG KHOA QUỐC TẾ & SAU ĐẠI HỌC Giảng viên : Ts. Nguyễn Ngọc Minh Nhóm : 2 Học viên thực hiện : Nguyễn Minh Tuấn : Nguyễn Trọng Tuấn : Trần Trung Dũng : Nguyễn Văn Duy Lớp : M12CQTE02-B XỬ LÝ TÍN HIỆU NÂNG CAO XỬ LÝ TÍN HIỆU NÂNG CAO NỘI DUNG CHÍNH 2 Nhóm 2- Bộ Lọc Số GIỚI THIỆU VỀ LỌC TÍN HIỆU VÀ BỘ LỌC SỐ CẤU TRÚC CĂN BẢN CỦA CÁC BỘ LỌC SỐ FIR CẤU TRÚC CĂN BẢN CỦA CÁC BỘ LỌC SỐ IIR LỌC THICH NGHI-BỘ LỌC KALMAN KẾT LUẬN GIỚI THIỆU VỀ LỌC TÍN HIỆU VÀ BỘ LỌC SỐ 3 Giới thiệu về lọc tín hiệu: Bộ lọc tương tự: sử dụng các mạch điện tương tự được tạo ra từ các thiết bị như: điện trở, tụ điện… Bộ lọc số: sử dụng một bộ xử lý số để hoạt động tính toán số hoá trên các giá trị được lấy mẫu của tín hiệu. Bộ lọc số: Lọc số là quá trình rất quan trọng của xử lý tín hiệu số. Lọc số gồm có hai công dụng chính: Phân tích tín hiệu: Là quá trình phân tích lựa chọn tín hiệu bằng các thuật toán. Phục hồi tín hiệu: Là quá trình khôi phục tín hiệu thu được đã bị sai lệch thành tín hiệu ban đầu. Nhóm 2- Bộ Lọc Số Nhóm 2- Bộ Lọc Số ƯU ĐIỂM CỦA BỘ LỌC SỐ 4 1. Có khả năng lập trình được. 2. Dễ dàng thiết kế, dễ kiểm tra và dễ thi hành trên một máy tính. 3. Ổn định với cả thời gian và nhiệt độ. 4. Xử lý các tín hiệu tần số thấp rất chính xác. 5. Xử lý các tín hiệu tần số cao trong miền âm tần. 6. Xử lý các tổ hợp phức tạp, phần cứng đơn giản và mật độ tích hợp rất cao. HOẠT ĐỘNG CỦA BỘ LỌC SỐ 5 Nhóm 2- Bộ Lọc Số Nhóm 2- Bộ Lọc Số CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN CỦA BỘ LỌC SỐ 6 Phương pháp trực tiếp: Dùng phép tích chập của tín hiệu vào với đáp ứng xung của bộ lọc số. (Hay còn gọi là bộ lọc có đáp ứng xung dài hữu hạn FIR). Phương pháp đệ quy: Thực hiện bằng phép tích chập, mỗi mẫu trong tín hiệu ra được tính toán bằng cách tổ hợp có trọng số với các mẫu trong tín hiệu vào. (Hay còn gọi là bộ lọc có đáp ứng xung dài vô hạn IIR). CÁC THÔNG SỐ CỦA HỆ THỐNG 7 Ở MIỀN THỜI GIAN: Tốc độ chuyển đổi (Risetime). Gợn sóng nhô (Overshoot) trong đáp ứng bậc thang. Pha tuyến tính. MIỀN TẦN SỐ: Dải thông (Passband): là dải gồm các tần số được bộ lọc cho qua. Dải chắn (Stopband): là dải chứa các tần số bị ngăn cản. Dải chuyển tiếp (Transitionband): là dải ở vị trí trung gian của dải thông với dải chắn. Độ dốc xuống nhanh: là ứng với mỗi dải chuyển tiếp rất hẹp. Tần số cắt: là tần số phân cách giữa dải thông và dải chuyển tiếp. Nhóm 2- Bộ Lọc Số Nhóm 2- Bộ Lọc Số CẤU TRÚC CĂN BẢN CỦA CÁC BỘ LỌC SỐ 8 1. Bộ lọc số FIR: (bộ lọc có đáp ứng xung dài hữu hạn). 2. Bộ lọc số IIR : (bộ lọc có đáp ứng xung dài vô hạn). CẤU TRÚC CĂN BẢN CỦA CÁC BỘ LỌC SỐ FIR: Phương trình sai phân để thiết kế bộ lọc FIR tổng quát là: y(n) = Trong việc thiết kế được viết lại như sau: y(n) = Sau biến đổi z ta được : Y(z) = h(0)X(z) + h(1)z -1 X(z) + … + h(N)z -N X(z) 0 ( ) ( ) N k h k x n k = − ∑ 0 ( ) ( ) k h k x n k ∞ = − ∑ Nhóm 2- Bộ Lọc Số BỘ LỌC FIR CÓ CẤU TRÚC NHƯ SAU 9 Nhóm 2- Bộ Lọc Số CẤU TRÚC HÀNG RÀO( LATTICE) CỦA BỘ LỌC FIR 10 [...]... nghiệm 2 Dựa vào kết quả đo để hiệu chỉnh lại ước đoán Sơ đồ tiến trình: 18 Nhóm 2- Bộ Lọc Số THUẬT TOÁN KALMAN GIÁN ĐOẠN Tín hiệu trước lọc: Tín hiệu sau lọc Kalman: 19 Nhóm 2- Bộ Lọc Số KẾT LUẬN Bộ lọc số có nhiều ưu điểm nên hiện nay được sử dụng rộng rãi Nhờ có các bộ xử lý tốc độ cao nên các bộ lọc số ngày càng đáng tin cậy và chính xác Đặc biệt là bộ lọc số Kalman nó có thể: Loại bỏ... thể: Loại bỏ nhiễu trắng trên toàn dải thông Tín hiệu thu được chính xác, ổn định, không bị sai số về độ lợi và độ lệch pha tín hiệu Có thể kết hợp không chỉ hai tín hiệu, mà có thể kết hợp được nhiều cảm biến đo ở những dải tần khác nhau Xử lý tín hiệu chính xác của các cảm biến tọa độ, như cảm biến la bàn, GPS,… 20 Nhóm 2- Bộ Lọc Số Nhóm 2- Bộ Lọc Số ... bMz-MY(z) Nhóm 2- Bộ Lọc Số CẤU TRÚC BỘ LỌC IIR DẠNG TRỰC TIẾP 1 Đối với bộ lọc bậc N, cấu trúc này có 2N bộ trễ biểu thị bằng z1 13 Nhóm 2- Bộ Lọc Số CẤU TRÚC BỘ LỌC IIR DẠNG TRỰC TIẾP 2 Là một trong các cấu trúc thông dụng nhất Cấu trúc này chỉ yêu cầu số phần tử trễ bằng một nửa so với dạng trực tiếp 1 14 Nhóm 2- Bộ Lọc Số LỌC THICH NGHI-BỘ LỌC KALMAN Bô lọc Kalman: là thuật toán xử lý dữ liệu hồi...CÁC BỘ LỌC FIR CÓ PHA TUYẾN TÍNH SỬ DỤNG CỬA SỔ Có nhiều loại cửa sổ khác nhau được sử dụng trong đó: 11 Nhóm 2- Bộ Lọc Số CẤU TRÚC CĂN BẢN CỦA BỘ LỌC SỐ IIR Lọc IIR có thể được thiết kế từ lọc tương tự bằng phép biến đổi song tuyến tính, ánh xạ một-một từ miền s sang miền z và ngược lại Xét phương trình vào ra tổng quát với các điều kiện ban đầu... Nó hợp nhất tất cả thông tin được cung cấp tới nó Nó xử lý tất cả giá trị sẵn có, ngoại trừ độ sai số, ước lượng giá trị hiện thời của những giá trị quan tâm Sơ đồ bộ lọc Kalman 15 Nhóm 2- Bộ Lọc Số QUY TRÌNH ƯỚC LƯỢNG Kalman filter: định vị vấn đề chung nhằm ước lượng giá trị x∈Rn của tiến trình kiểm soát thời gian gián đoạn biểu diễn bằng phương trình tuyến stochastic khác nhau: Với giá trị... và nhiễu đo đạc 16 Nhóm 2- Bộ Lọc Số THUẬT TOÁN KALMAN GIÁN ĐOẠN Bộ lọc Kalman: ước lượng tiến trình bằng việc sử dụng hình thức kiểm soát phản hồi: bộ lọc ước lượng trạng thái tiến trình tại vài thời điểm và sau đó thu sự phản hồi trong hình thức của giá trị (độ nhiễu) Chu kỳ bộ lọc gián đoạn như sau: 17 Nhóm 2- Bộ Lọc Số THUẬT TOÁN KALMAN GIÁN ĐOẠN Tóm lại mạch lọc Kalman bao gồm 2 bước: 1 Ước . : 2 Học viên thực hiện : Nguyễn Minh Tuấn : Nguyễn Trọng Tuấn : Trần Trung Dũng : Nguyễn Văn Duy Lớp : M12CQTE 02- B XỬ LÝ TÍN HIỆU NÂNG CAO XỬ LÝ TÍN HIỆU NÂNG CAO NỘI DUNG CHÍNH 2 Nhóm 2- . b 1 y(n-1) – b 2 y(n -2) - … -b M y(n-M) Biến đổi z của y(n), ta được: Y(z) = a 0 X(z) + a 1 z -1 X(z) +…+a N z -N X(z) – b 1 z -1 Y(z) – b 2 z -2 Y(z)-…- b M z -M Y(z) Nhóm 2- Bộ Lọc Số CẤU. có 2N bộ trễ biểu thị bằng z - 1 Nhóm 2- Bộ Lọc Số CẤU TRÚC BỘ LỌC IIR DẠNG TRỰC TIẾP 2 14 Là một trong các cấu trúc thông dụng nhất. Cấu trúc này chỉ yêu cầu số phần tử trễ bằng một nửa so