用于车载立靶信号处理数字滤波器设计论文

用于车载立靶信号处理的数字滤波器设计摘要：在对弹丸速度的测试中，传统的接触式测量方法已逐渐被非接触式测量方法所替代，在非接触式测量方法中主要是利用光幕靶和天幕靶对弹丸速度、飞行姿态、立靶密集度、跳角、飞行时间和气象参数等进行测量。

天幕靶和光幕靶是以光电技术为基础，进行弹速和弹丸飞行偏、倾角的测量以及着靶位置的非接触测量。

近几年国内研制的非接触立靶测试系统均在仪器不存在运动的状
态下工作，若将立靶系统放在以一定的速度运动的活动车上，由于震动等原因，立靶输出较大的噪声信号而无法工作。

本文就是针对震动噪声这一问题，利用matlab对车载立靶输出的弹形信号和噪声信号进行频谱分析，并在分析结果的基础上，设计数字滤波器，实现对震动噪声的有效抑制，解决车载立靶的震动噪声问题。

abstract： the traditional contact measurement method for measuring the velocity of flying bullet has been increasingly replaced by non-contact measurement method .the light screens and sky screens are mainly used for measuring the velocity of flying bullet， gesture of flight， the intensity of the vertical screen， dip angle， flying time and meteorological parameters by non-contact measurement method. sky screens and light screens are used to non-contact measure the velocity of flying bullet， dip angle， location of a target based on photovoltaic technology. in recent years， the research on
the non-contact target measuring system at home and broad is mainly used under the static state. if the standing target system places on the athletic vehicle in a certain rate， due to vibration， standing target will output larger noise signal and be unable to work.. due to the problem of vibratory noise，this paper presents that it uses matlab to analyze spectrum of missile-shaped output signal and noise signal， according to the analysis results， to design the digital filter for effectively restraining vibratory noise and resolving the problem of vibratory noise.
关键词：数字信号处理；fir数字滤波器；matlab；窗函数
key words： digital signal processing；fir digital filter；matlab；windows function
中图分类号：tp399 文献标识码：a 文章编号：1006-4311（2012）31-0192-02
0 引言
天幕靶和光幕靶是以光电技术为基础，进行弹速和弹丸飞行偏、倾角的测量以及着靶位置的非接触测量。

在对弹丸速度的测试中，传统的接触式测量方法已逐渐被非接触式测量方法所替代，在非接触式测量方法中主要是利用光幕靶和天幕靶对弹丸速度、飞行姿态、立靶密集度、跳角、飞行时间和气象参数等进行测量。

近几年
国内研制的非接触立靶测试系统，例如双ccd交汇立靶测量系统，四天幕交汇立靶测量系统；国外研制的如奥地利hpi公司的b541
声靶测试系统，均能实现自动测量，自动报靶。

但是均需在仪器不存在运动的状态下工作，若将立靶系统放在在以一定的速度运动的活动车上，由于震动等原因，立靶输出较大的噪声信号而无法工作。

针对震动噪声这一问题，本文使用matlab对车载立靶输出的弹形信号和噪声信号进行频谱分析，并在分析结果的基础上，设计数字滤波器，实现对震动噪声的有效抑制，解决车载立靶的震动噪声问题。

1 数字滤波器的选择与设计
1.1 弹丸信号和噪声信号频谱分析将信号采集仪采集到的车载立靶输出信号，利用matlab软件对采样信号进行频谱分析。

采样信号取10000个点进行分析，如图1所示，可以清楚的看出弹丸信号的信噪比比较高，所谓信噪比是指信号的有用成份与噪声信号的强弱对比，常常用分贝（db）表示，信噪比越高说明信号质量越高。

如图2可以看出噪声信号随着取样点的增多振动的越来越厉害，此时就会出现弹丸信号与噪声信号混叠而无法区分开，因此需要设计一个数字滤波器，用来衰减采样信号频谱中噪声的部分，增强弹丸信号输出。

如图3所示，是弹丸信号与噪声信号叠加的波形图，可以看出弹丸信号和噪声信号在某一频带范围内混叠比较严重，所以需要设计一个带通滤波器，满足在通带频率范围内噪声信号被有效抑制，而弹丸信号无衰减地通过。

1.2 数字滤波器设计利用窗函数法进行fir数字滤波器的设计与仿真，该数字滤波器的性能指标为：采样频率fs=1mhz；通带波纹指标rp=1db；阻带衰减rs=60db；通带频率为3-15khz；过渡带取约为通带的20%。

本文利用凯泽窗设计带通滤波器，仿真结果如图4所示。

设计结果从图中可以看出滤波器的过渡带宽度为
0.0126，滤波器的长度为1815，凯泽窗的β值等于5.6533。

同时可以检验出实际通带波动为0.0139，阻带衰减为60db，这说明该带通滤波器满足设计要求。

1.3 数字滤波器仿真将采集到的输出信号利用matlab关于数字信号处理的工具箱sptool对采样信号进行频谱分析与处理，仿真结果如图5所示。

可以清楚地看出当采样信号导入到设计完成的带通滤波器后，在通带范围内，噪声信号基本被滤除掉弹丸信号无衰减的通过，使得弹丸信号和噪声信号不会混叠而无法分开。

但是图中依旧存在一些白噪声信号而无法消除，这是无法避免的。

本设计可以通过改变滤波器的性能参数并观察滤波效果直至达到滤波器设计的最优化。

2 结论
综上所述，在matlab环境下，数字滤波器的设计已变得简单和高效。

本文鉴于fir数字滤波器稳定性的特点，利用凯泽窗设计带通滤波器，解决了车载立靶的震动噪声问题，实现了对弹丸信号中震动噪声的有效抑制。

参考文献：
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