matlab硅微陀螺检测信号数字处理研究(5)
数字滤波器的数学运算有以下两种实现方式，本文主要采用前者。
1.频域法，即使用FFT快速运算办法对输入信号进行离散傅里叶变换，分析其频谱，然后根据所希望的频率特性进行滤波，再利用傅里叶反变换恢复出时域信号。这种方法具有较好的频域选择特性和灵活性，并且由于信号频率与所希望的频谱特性是简单的相乘关系，所以它比计算等价的时域卷积要快得多。
2.时域法，这种方法是通过对离散抽样数据做差分数学运算来达到滤波的目的[9,10,11]。
软件设计数字滤波器的一般步骤为下面方式：
图1.1 软件流程图
1.2.2 MATLAB数据处理应用介绍
MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。由于本文主要研究MATLAB在软件数字滤波中应用，以下只介绍MATLAB在信号滤波处理中的应用。MATLAB在图像，语音等信号处理中，利用其强大的信号处理工具可以很简单的完成对有用信号的提取和噪声的减弱或消除，工具中常用的滤波函数更是为数字滤波器的设计提供了有力的支持，下面主要介绍MATLAB在滤波中常用到的一些函数。在 MATLAB信号处理工具箱中常用函数有：
1.Freqz函数：求解数字滤波器频率响应。
2.Abs函数：从复频域响应数据中提取幅值信息，也可以看对数幅值，只需要进行对数变换。
3.Angle函数：从复频域响应数据中提取相位信息。
4.在IIR滤波器设计中常用到butter（设计巴特沃斯型滤波器，该滤波器特点是在通带内具有最大平坦的幅度特性）函数，cheby1（设计切比雪夫I型滤波器，该滤波器特点是幅频特性在通带内为等波纹）函数,cheby2函数（设计切比雪夫II型滤波器，该滤波器的特点是幅频特性响应特征在通带内单调下降，在阻带内为等波纹），ellip函数（设计椭圆数字滤波器，该滤波器特点是具有更陡峭的滚降特性，即在给定的阶数波纹要求下，该滤波器能够获得最窄的过渡带宽，但在通带和阻带内为等波纹形式）。
5.IIR滤波器阶数的选择函数，阶数选择函数用来计算滤波器满足设计指标的最小阶数。函数buttord，用来计算巴特沃斯滤波器的最小阶数选择；函数cheb1ord，用来计算切比雪夫I型滤波器的最小阶数选择；函数cheb2ord，用来计算切比雪夫II型滤波器的最小阶数选择；函数ellipord，用来计算椭圆滤波器的最小阶数选择。
6.在FIR滤波器设计中采用窗函数设计法中，几种常用窗函数Hamming窗，Hanning窗，Kaiser窗等16中窗函数。设计FIR滤波器主要调用fir1函数和fir2函数。
7.在MATLAB软件中，用自己设计的滤波器对采集的信号进行滤波，FIR滤波利用函数fftfilt进行滤波，IIR滤波器利用函数filter对信号进行滤波。
1.3 本论文内容安排
本论文主要利用MATLAB软件中的信号处理工具箱对硅微机械陀螺仪的驱动信号，检测电路的检测信号和解调后的输出信号进行数字处理。采取手段是首先对信号的分析，分析其波形与频谱特性，根据所希望的频率特性要求选取相应的数字滤波，比如对于驱动信号所需要的有效频率是3000Hz到4000Hz之间，显然采用带通滤波器来进行滤波，在带通滤波器设计参数中设置带通上下限截止频率，其次设计滤波器对信号进行数字滤波，并作出滤波器的幅频特性和滤波后信号的波形与频谱，最后对滤波的信号进行模拟仿真和实验验证。具体内容安排如下：
第一章为绪论部分，介绍了本课题的研究意义，指出了数字滤波在硅微机械角速度传感器中重要性以及必要性，介绍了模拟滤波和数字滤波的对比性，阐述了数字滤波的优越性，此外还对数字处理和MATLAB在数字信号处理中的应用进行了概述。