Tiểu luận xử lý tín hiệu nâng cao NGHIÊN CỨU VỀ NHỮNG PHƯƠNG PHÁP LỌC TÍN HIỆU SỐ

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

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

XỬ LÝ TÍN HIỆU NÂNG CAO

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

HOẠT ĐỘNG CỦA BỘ LỌC SỐ

5

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

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:

BỘ LỌC FIR CÓ CẤU TRÚC NHƯ SAU

9

Nhóm 2- Bộ Lọc Số

CẤU TRÚC HÀNG RÀO( LATTICE)

CỦA BỘ LỌC FIR

10

CÁC BỘ LỌC FIR CÓ PHA TUYẾN TÍNH SỬ

DỤNG CỬA SỔ

11

 Biến đổi z của y(n), ta được:

Y(z) = a0X(z) + a1z-1X(z) +…+aNz-NX(z) – b1z-1Y(z) – b2z-2

Y(z)-…-bMz-MY(z)

CẤU TRÚC BỘ LỌC IIR DẠNG TRỰC TIẾP 1

13

 Đối với bộ lọc bậc N, cấu trúc này 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 với dạng trực tiếp 1.

LỌC THICH NGHI-BỘ LỌC KALMAN

15

 Bô lọc Kalman : là thuật toán xử lý dữ liệu hồi quy tối ưu 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

QUY TRÌNH ƯỚC LƯỢNG

16

 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 zR m :

Trong đó: w và v là 2 vector biến ngẫu nhiên đại diện cho nhiễu hệ

thông và nhiễu đo đạc

THUẬT TOÁN KALMAN GIÁN ĐOẠN

17

 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:

THUẬT TOÁN KALMAN GIÁN ĐOẠN

18

1 Ước đoán trạng thái tiên nghiệm

2 Dựa vào kết quả đo để hiệu chỉnh lại ước đoán

Sơ đồ tiến trình:

Nhóm 2- Bộ Lọc Số

THUẬT TOÁN KALMAN GIÁN ĐOẠN

 Tín hiệu trước lọc:

 Tín hiệu sau lọc Kalman:

Nhóm 2- Bộ Lọc Số

KẾT LUẬN

20

 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 nhiễu trắng trên toàn dải thông

Tín hiệu thu được chính xác, ổn định, không bị sai số về độ lợi