KHN滤波器分析与设计
基于AOA电流模式KHN滤波器的设计
０ 引
言
利用上述条件容易得到 Ｖ Ａ所对应的 Ａ Ａ， Ｆ Ｏ 如图 １所示 。通 常认 为 Ａ Ａ是理 想 的 ， Ｏ 即 为无穷 大 ， 则
ｉ ＝ — ．： —
。
所 以 ，Ｏ Ａ Ａ是 输 入 端 “ 地 ” “ 断 ”， 出 电阻 为 无 虚 、虚 输 穷大 ， 电流增 益亦 为无 穷 大 的 差 动输 出理 想 电 流放 大
器。
（ ） ＶＦ ａ Ａ
（ ） ＡＯＡ ｂ
ｃｍ ） ｏ ｂ 滤波器 Ｌ 为原型， ５ 借助伴随网络的概念 ， Ａ Ａ 用 Ｏ
设计出电流模式 Ｋ Ｎ滤波器。该 电路不仅具有 电流 Ｈ 模式电路的特点 ， 而且通过改变输入信号的作用点， 可 分别获得高通 、 带通和低通输出 ， 极点角频率与品质因 素独 立可调 ， 的无 源灵 敏度 ， 低 这对 电流模式 高 阶滤波
器 的级联 实现 及 Ｖ Ｓ 单 片集成 技术具 有 重要作 用 。 ＬＩ
李 永 安
（ 阳师 范 学院物理 学 系， 咸 陕西省 成 阳市 ７ ２ ０ ） １０ ０ 摘 要 ： 据 伴 随 网络 的概 念 ， 根 以基 于 Ｖ Ａ（ Ｆ 电压反馈 放 大器 ） 电压模 式 Ｋ （ ｅ ｉ ， ｕ ｌ ａ ， ＨＮ Ｋ ｒ ｎ Ｈ ｅ ｍ ｎ ｗ ｓ
Ｎ ｗ ｏ ｂ 滤波器为原型 ， 出了 Ａ Ａ 伴随运算放 大器） ｅ ｃｍ ） 给 Ｏ（ 电流模式 Ｋ Ｎ滤波器。通过改变输入信 号 Ｈ 的作用点， 电路可分别实现 高通、 该 带通和低通输 出。该 电路 不仅具有速度高、 带宽、 频 电压低及功耗 小等电流模式电路 的特点 ， 而且其极点角频率与品质 因素独立可调， 低的无源灵敏度， 电路 简单， 适合 Ｖ ｓ 单 片集成 技 术 。 ＬＩ
现代电路理论KHN电路仿真
现代电路理论设计报告论文题目：用KHN电路实现二阶带通函数学院：研究生学院年级：2013级专业：集成电路工程姓名：学号：指导教师：2013 年 12月 12日摘要提出了一种能同时或能分别实现低通、高通和带通滤波的多功能KHN滤波器，通过调节其电阻比，其电路也能被修改成一个正交振荡器，而且其电路的极点频率和品质因数能够被独立地，精确地调节。
该电路使用了3个集成运放、2个电容和9个电阻，且使用的元件较少，性价比高，计算机仿真证明它正确有效。
带通滤波器是指能够通过某一频率范围内的频率分量，但将其他范围的频率分量衰减到极低水平的滤波器。
在现代电流模式电路中，KHN滤波器已成为滤波器设计的原型。
并已得到了广泛的应用。
鉴于此,笔者对同相型KHN滤波器作了改进，它不仅能实现单输入、三输出的通用滤波，而且也能实现三输入、单输出的通用滤波,并且其电路的极点频率和品质因数能够被独立地和精确地调节，此外，它还能被修改成一个正交振荡器。
该滤波器包含了3个集成运放、2个电容和9个电阻，所使用的元件较少，计算机仿真证明它正确有效。
关键词KHN；二阶带通；滤波器目录摘要 (I)1. 电路原理 (3)2. 数值计算过程 (5)3. 计算机仿真 (6)3.1 高通滤波 (6)3.2 带通滤波 (7)3.3 低通滤波 (7)4. 结论 (9)1. 电路原理二阶滤波器有两个积分器，d 为反馈部分的放大倍数，a 表示前反馈部分的放大倍数。
一般来说，输入信号的拉氏变换用X （s ）表示，输出信号的来时变换依次用YLP(s)、YBP （s ）和YHP(s)表示，可以求得一下传递函数：2210()()()()LP A B L PLP A A B Y S a H H S X S s d s d D s ωωωωωω===++ 210()(/)()()()BP A B P BP A A B Y S a s H Q sH S X S s d s d D s ωωωωω-===++ 22210()()()()HP H HP A A B Y S H s as H S X S s d s d D s ωωω===++其中：22()(/)P p D s s Q s ωω=++ 20p A B d ωωω=1pA d Qωω=KHN 二阶滤波器见图1，给出了由三运放构成的多功能电压模式二阶电路，其中有1个大反馈环和2个小反馈环。
四运放多功能KHN滤波器的设计
四运放多功能KHN滤波器的设计通用二阶滤波器有两种形式，一种是TT(Tow-Thomas)滤波器，另一种是KHN(Kerwin-Huelsman-Newcomb)滤波器。
与TT 滤波器相比，KHN 滤波器不仅能直接实现低通和带通滤波，还能实现高通滤波，应用广泛，是现代电流模式滤波器设计的基础。
然而KHN 滤波器属于单输入、三输出的通用滤波器，不能实现三输入、单输出通用滤波。
由于电阻比有限，因此其Q 值不能太高。
三个集成运放中，有一个运放的反相端不满足虚地，则对运放提出较高要求。
鉴于KHN 滤波器在现代电流模式电路中的地位，提出了另一种形式的KHN 滤波器，它不仅能实现单输入、三输出的通用滤波，也能实现三输入、单输出通用滤波，电路的极点频率和品质因数能够被独立、精确的调节，电路也能被修饰成一个正交振荡器。
电路包含4 个通用集成运放、2 个电容和11 个电阻，且所有运放的反相输入端均虚地。
1 电路原理图1 给出了由四运放构成的多功能电压模式二阶电路，其中有1 个大反馈环和2 个小反馈环。
设R1=R2=R，C1=C2=C，R5=R6，使用MASON 公式，可得到三环路的增益和为式(3)表明，通过同步调整R1、R2，可实现极点频率的独立调节，而不影响品质因数。
式(4)表明，通过调整R4、R3 的电阻比，可实现品质因数的独立调节，而不影响极点频率，从而实现二者的正交调节。
值得注意的是，通过调整R4／R3，很容易实现高Q 电路，特别是当R4=R 3，Q=∝，这意味着电路变成了一个正弦振荡器，其频率可由R、C 调节。
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仅供参阅！。
滤波器基本原理与设计方法
滤波器基本原理与设计方法滤波器作为电子领域中常用的电路元件，广泛应用于信号处理、通信系统、音频放大器等领域。
它的作用是通过选择性地通过或抑制特定频率的信号，将所需的频段从混杂的信号中分离出来或者抑制掉不需要的频率成分。
本文将详细介绍滤波器的基本原理和设计方法。
第一部分：滤波器基本原理在介绍滤波器的设计方法之前，我们需要了解一些基本的滤波器原理。
根据频率选择的特性可以将滤波器分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器四种类型。
1. 低通滤波器低通滤波器能够传递比截止频率低的信号频率，而抑制高于截止频率的信号频率。
在音频放大器中，低通滤波器可以用于去除高于人耳听觉范围的频率。
2. 高通滤波器高通滤波器与低通滤波器相反，能够传递比截止频率高的信号频率，而抑制低于截止频率的信号频率。
在通信系统中，高通滤波器可以用于去除直流偏置信号或者低频噪声。
3. 带通滤波器带通滤波器可以传递一定频率范围内的信号，而抑制其他频率的信号。
在无线通信系统中，带通滤波器常用于选择感兴趣的频率带宽，去除不需要的频率成分。
4. 带阻滤波器带阻滤波器与带通滤波器相反，能够抑制一定频率范围内的信号，而传递其他频率的信号。
在音频系统中，带阻滤波器可以用于去除特定频率的噪声或者干扰。
第二部分：滤波器设计方法滤波器的设计是根据具体的需求和性能指标进行的。
设计一个滤波器需要考虑以下几个方面：1. 频率响应滤波器的频率响应描述了在不同频率下的增益或衰减情况。
根据需求，选择合适的截止频率、通带和阻带范围等参数，设计滤波器的频率响应。
2. 滤波器类型根据具体的应用场景和需要，选择适合的滤波器类型。
例如，如果需要去除高于一定频率的信号，可以选择低通滤波器。
3. 滤波器阶数滤波器的阶数决定了其在截止频率附近的衰减率。
阶数越高，滤波器的性能越好，但相应的电路复杂度也会增加。
4. 滤波器响应特性根据不同的需求，选择所需的滤波器响应特性。
常见的有Butterworth响应、Chebyshev响应和椭圆形响应等。
控制系统中的Kalman滤波器原理与应用
控制系统中的Kalman滤波器原理与应用控制系统是现代工业发展过程中不可或缺的一部分。
为了使控制系统能够更加准确、可靠地运行，通常需要对传感器采集到的数据进行滤波处理。
而Kalman滤波器就是一种被广泛应用于控制系统中的滤波技术，它的出现大大提高了系统的精度和可靠性。
一、Kalman滤波器的原理Kalman滤波器最初是由R.E. Kalman于1960年提出的，它具有一种比较特殊的滤波思想，主要是通过特定的方式来优化传感器采集的数据，使其更加符合实际情况。
Kalman滤波器主要是用线性数学模型描述采样过程中各种误差的随机漂移规律，根据数据的特点构建出目标模型，使滤波后得到的数据更加接近真实值。
Kalman滤波器的核心思想是基于以下两种数据：1. 系统状态（State）：表示被测量的真实值，通常情况下是无法直接测量。
2. 测量值（Measurement）：表示传感器给出的测量值，它受到噪声等因素的影响，会存在一定的偏差。
Kalman滤波器认为，通过将测量值与系统状态进行加权平均，可以得到更加准确的结果。
具体来说，它通过建立数学模型，将系统状态与测量值联系起来，然后根据这个联系，在不断的采样、滤波过程中，来逐步优化估计值。
二、Kalman滤波器的应用Kalman滤波器在工业控制系统、航空航天、自动驾驶汽车、智能家居等领域均得到了广泛的应用。
在工业控制系统中，Kalman滤波器主要用于对工业生产线上的重要参数进行处理，以保证生产线的正常运行。
例如，在汽车生产线上，由于传感器采集到的测量值通常存在噪声等干扰，因此需要使用Kalman滤波器来对测量值进行优化，以保证汽车的生产质量。
在航空航天领域中，Kalman滤波器被广泛应用于飞行器的导航和控制系统中。
航空器的飞行需要依赖于精确的定位和航向数据，而通过使用Kalman滤波器来处理采集到的数据，可以提高数据的准确性和可靠性，从而使飞行安全得到保障。
在智能家居领域中，Kalman滤波器可以用于处理家庭生活中的传感器数据，并对物联网设备进行智能化管理。
滤波器的设计流程和工程实施方法
滤波器的设计流程和工程实施方法在电子电路设计和工程实施中，滤波器是一种重要的电路组件，用于滤除或改变信号中的特定频率成分。
滤波器的设计流程和工程实施方法对于确保电路性能和信号质量至关重要。
本文将介绍滤波器设计的基本流程和一些常用的工程实施方法。
一、滤波器设计的基本流程滤波器设计的基本流程包括需求分析、设计规范、滤波器类型选择、电路模拟和优化、电路实现和性能验证等步骤。
1、需求分析：首先需要明确设计所需的滤波器的性能要求和功能需求。
这包括滤波器的通带范围、截止频率、阻带范围、衰减等参数。
同时，还需要考虑实际应用环境和可行性。
2、设计规范：基于需求分析的结果，制定滤波器的设计规范。
这包括确定滤波器的类型（如低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器或带阻滤波器）、滤波器阶数、频率响应等。
3、滤波器类型选择：根据设计规范，选择合适的滤波器类型。
不同类型的滤波器有不同的特性和适用范围。
常见的滤波器类型包括巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器、椭圆滤波器等。
4、电路模拟和优化：使用电路模拟工具，如Spice软件，进行滤波器电路的模拟和优化。
通过调整电路参数和拓扑结构，优化滤波器的性能指标，如通带增益、截止频率、阻带衰减等。
5、电路实现：在完成电路模拟和优化后，可以选择合适的元器件和材料，开始电路实现。
这包括选择适当的电容、电感、运算放大器等，以及设计电路的布局和走线。
6、性能验证：完成电路实现后，进行性能验证和测试。
这包括测量滤波器的频率响应、阻带衰减、相移等指标，以确保滤波器达到设计要求。
二、工程实施方法除了滤波器设计的基本流程外，还有一些常用的工程实施方法值得注意。
1、工程实施经验：借鉴工程师的实施经验可以帮助设计和实施滤波器。
在设计过程中，可以参考和学习已有的成功案例和工程实践，以及通过仿真和实验来验证设计结果。
2、元器件选择：选择合适的元器件对于滤波器的性能至关重要。
根据设计要求和实际应用场景，选择适当的电阻、电容、电感和运算放大器等元器件。
MATLAB中的Kalman滤波器设计
MATLAB中的Kalman滤波器设计引言Kalman滤波器是一种常用于估计随时间演变的系统状态的算法。
它通过观测值和系统模型之间的协方差来融合测量和预测，从而提供对系统状态的最优估计。
在MATLAB中，实现Kalman滤波器设计相对简单，本文将介绍MATLAB中Kalman滤波器的基本原理和常见的应用案例。
一、 Kalman滤波器基本原理Kalman滤波器的基本原理可以概括为两个步骤：预测和更新。
预测步骤根据系统的动力学模型和先前的状态估计，使用预测方程计算下一个时间步的状态预测和协方差预测。
更新步骤则是在测量信息的基础上，使用更新方程将预测的状态和协方差修正为更准确的估计。
预测步骤：1. 根据系统的动力学模型，使用预测方程计算状态预测值x_prior和协方差预测值P_prior：x_prior = F * x_est + B * uP_prior = F * P_est * F' + Q其中，F是状态转移矩阵，x_est和P_est是先前时间步的状态估计和协方差估计，B是控制输入矩阵，u是控制输入向量，Q是系统过程噪声的协方差矩阵。
更新步骤：1. 根据观测模型，使用更新方程计算观测预测值z_prior和观测协方差S：z_prior = H * x_priorS = H * P_prior * H' + R其中，H是观测矩阵，R是观测噪声的协方差矩阵。
2. 计算卡尔曼增益K：K = P_prior * H' * inv(S)3. 根据观测值z和观测预测值z_prior，计算状态更新值x_update和协方差更新值P_update：x_update = x_prior + K * (z - z_prior)P_update = (eye(size(x_est, 1)) - K * H) * P_prior二、案例研究：目标跟踪Kalman滤波器在目标跟踪领域有广泛的应用。
完整word版Kalman滤波MATLAB综合实验报告
《数学实验》综合实验报告实验名称综合实验（Kalman滤波）2016年 5月一、【实验目的】明白滤波计算流程能够调用相关函数进行数据处理使用循环函数和二维曲线画图有效的构建仿真模型，产生模拟数据二、【实验原理分析】卡尔曼滤波器是一个“optimal recursive data processing algorithm（最优化自回归数据处理算法）”。
对于解决很大部分的问题，它是最优，效率最高甚至是最有用的。
它的广泛应用已经超过30年，包括机器人导航，控制，传感器数据融合甚至在军事方面的雷达系统以及导弹追踪等等。
近来更被应用于计算机图像处理，例如头脸识别，图像分割，图像边缘检测等等。
设系统可用一个线性随机微分方程来描述：X(k)=A X(k-1)+B U(k)+W(k)再加上系统的测量值：Z(k)=H X(k)+V(k)上两式子中，X(k)是k时刻的系统状态，U(k)是k时刻对系统的控制量。
A和B是系统参数，对于多模型系统，他们为矩阵。
Z(k)是k时刻的测量值，H是测量系统的参数，对于多测量系统，H为矩阵。
W(k)和V(k)分别表示过程和测量的噪声。
他们被假设成高斯白噪声，他们的协方差分别是Q，R（这里假设他们不随系统状态变化而变化）。
对于满足上面的条件(线性随机微分系统，过程和测量都是高斯白噪声)，卡尔曼滤波器是最优的信息处理器。
首先要利用系统的过程模型，来预测下一状态的系统。
假设现在的系统状态是k，根据系统的模型，可以基于系统的上一状态而预测出现在状态：X(k|k-1)=A X(k-1|k-1)+B U(k) (1)式(1)中，X(k|k-1)是利用上一状态预测的结果，X(k-1|k-1)是上一状态最优的结果，U(k)为现在状态的控制量，如果没有控制量，它可以为0。
到现在为止，我们的系统结果已经更新了，可是，对应于X(k|k-1)的协方差还没更新。
我们用P表示协方差：P(k|k-1)=A P(k-1|k-1) A'+Q (2)式(2)中，P(k|k-1)是X(k|k-1)对应的协方差，P(k-1|k-1)是X(k-1|k-1)对应的协方差，A'表示A的转置矩阵，Q是系统过程的协方差。
滤波器设计与实现方法总结
滤波器设计与实现方法总结滤波器是信号处理中常用的工具，用于降低或排除信号中的噪声或干扰，保留所需的频率成分。
在电子、通信、音频等领域中，滤波器发挥着重要作用。
本文将总结滤波器的设计与实现方法，帮助读者了解滤波器的基本原理和操作。
一、滤波器分类滤波器根据其频率特性可分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。
它们分别具有不同的频率传递特性，适用于不同的应用场景。
1. 低通滤波器低通滤波器将高频信号抑制，只通过低于截止频率的信号。
常用的低通滤波器有巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器和椭圆滤波器。
设计低通滤波器时，需要确定截止频率、阻带衰减和通带波动等参数。
2. 高通滤波器高通滤波器将低频信号抑制，只通过高于截止频率的信号。
常见的高通滤波器有巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器和椭圆滤波器。
设计高通滤波器时，需要考虑截止频率和阻带衰减等参数。
3. 带通滤波器带通滤波器同时允许一定范围内的频率通过，抑制其他频率。
常用的带通滤波器有巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器和椭圆滤波器。
设计带通滤波器时，需要确定通带范围、阻带范围和通带波动等参数。
4. 带阻滤波器带阻滤波器拒绝一定范围内的频率信号通过，允许其他频率信号通过。
常见的带阻滤波器有巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器和椭圆滤波器。
设计带阻滤波器时，需要确定阻带范围、通带范围和阻带衰减等参数。
二、滤波器设计方法1. 传统方法传统的滤波器设计方法主要基于模拟滤波器的设计原理。
根据滤波器的频率特性和参数要求，可以利用电路理论和网络分析方法进行设计。
传统方法适用于模拟滤波器设计，但对于数字滤波器设计则需要进行模拟到数字的转换。
2. 频率抽样方法频率抽样方法是一种常用的数字滤波器设计方法。
它将连续时间域的信号转换为离散时间域的信号，并利用频域采样和离散时间傅立叶变换进行设计。
频率抽样方法可以实现各种类型的数字滤波器设计，包括有限冲激响应（FIR）滤波器和无限冲激响应（IIR）滤波器。
基于CMOS OTA的电流模式KHN滤波器
基于CMOS OTA的电流模式KHN滤波器
刘奇能;王春华
【期刊名称】《微电子学》
【年(卷),期】2000(30)3
【摘要】提出了一种基于 CMOS OTA的电流模式 KHN滤波器电路。
该电路能同时实现低通、带通及高通滤波器 ,通过端口相接还可以实现带阻及全通滤波器。
整个电路仅含两个接地电容而不含其它无源元件 ,便于集成。
PSPICE模拟表明 ,该电路有低的灵敏度。
【总页数】3页(P201-203)
【关键词】KHN滤波器;运算跨导放大器;CMOS电路
【作者】刘奇能;王春华
【作者单位】湘潭大学自动化与电子工程系
【正文语种】中文
【中图分类】TN713
【相关文献】
1.差公式电流模式CMOS OTA—C双二阶滤波器 [J], 郭静波;戴逸松
2.基于 OTA 和 CCCII的电流模式可调谐滤波器 [J], 周细凤;曾荣周
3.基于电流传送器的电压模式KHN滤波器 [J], 彭良玉;何怡刚;黄满池;吴杰
4.电流模式CMOS OTA滤波器实现 [J], 吴杰;邱关源
5.基于AOA电流模式KHN滤波器的设计 [J], 李永安
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Kalman滤波器的基本原理及仿真
Kalman 滤波器的基本原理及仿真摘要：Kalman 滤波是对线性最小均方误差滤波的另一种处理方法，实际是维纳滤波的一种递推算法。
它采用的递推算法利用了前一时刻的估计值和新的观测值，大大提高了处理的实时性，同时也能自动跟踪随机信号统计特性的非平稳变化，对于解决很大部分的问题，他是最优，效率最高甚至是最有用的，因此得到了广泛的应用。
Kalman 滤波的应用包括机器人导航，控制，传感器数据融合甚至在军事方面的雷达系统以及导弹追踪等等。
近年来更被应用于计算机图像处理，例如头脸识别，图像分割，图像边缘检测等等。
关键字：Kalman 滤波 线性最小均方误差滤波 估计值 观测值一、Kalman 滤波器的提出Kalman 滤波器是源于匈牙利数学家Rudolf Emil Kalman 的博士论文和1960年发表的论文《A New Approach to Linear Filtering and Prediction Problems 》（线性滤波与预测问题的新方法）。
在信号处理，通信和现代控制系统中，需要对一个随机动态系统的状态进行估计，由一个测量装置对系统状态进行测量，通过记录的测量值对状态进行最优估计例如：对一个一阶AR 模型()(1)()x n ax n w n =-+ 的输出状态进行估计。
观测方程是 ()()()y n x n v n =+()v n 是测量引入的白噪声，通过各()y n 的值估计()x n 。
这类最优估计问题称为卡尔曼滤波。
二、Kalman 滤波器的基本思想利用观测数据对状态变量的预测估计进行修正，以得到状态变量的最优估计，即 最优估计＝预测估计＋修正三、Kalman 滤波器的特点（1）算法是递推的，时域内设计滤波器，适用于多维随机过程的估计；（2）用递推法计算，不需要知道全部过去的值。
用状态方程描述状态变量的动态变化规律，因此，信号可以是平稳的，也可以是非平稳的；（3）误差准则仍为均方误差最小准则。
适宜集成的KHN滤波器设计
中 图分类 号 ：Ｎ １ Ｔ ７３
文献标 识码 ： Ａ
Ｄｅ ｉ ｎ ｏ ｓｇ ｆＫＨＮ ｌｅ ｓＥａ ｙ ｔ ｅ Ｉ ｔ ｇ ａ ｅ Ｆｉ ｒ ｓ ｏ ｂ ｎ ｅ ｒ ｔ ｄ ｔ
ｃ ｒ ｃ ｅ ｏ ｍａ ｌ ｎ ｅ ｒ ｔ ｒ Ｗ ｉ ｓ ｎ ｆ ｒ ｕ ａ ａ ｓ ｄ ｏ ｈ ｅｏ ａ ｌ ｂ ｏ ｉ ｅ ｒ ｔｒ ａ ｖ ｌ ｇ ｕ ａ ｙ ｄ ｆ ｒ ｂ ｅ ｉ ｔ ｇ ａｏ ． ｔ Ｍａ ｏ ｏ ｈ ｍ ｌ ｎｄ ｂａ ｅ ｎ ｔ ｅ ｄ ｆ ｒ ｂ ｅ Ｄｅ ｏ ｎｔｇ ａｏ ， ｏ ｔ ｅ ｍ ａ
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kalman滤波
9、Kalman 滤波直观推导Kalman 滤波实质是线性最小方差估计]X ~X ~[E min T k k随机线性离散系统方程为1k 1k ,k 1k 1k ,k k W X X ----Γ+Φ=k k k k V X H Z +=过程噪声和观测噪声的统计特性，假设满足如下条件⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=δ==δ==0]V W [E R ]V V [E ,0]V [E Q ]W W [E ,0]W [E T j k kj k Tj k k kj k T j k k 设k 时刻得到k 次观测值k 1Z Z ，且找到了1k X -的一个最优线性估计1k Xˆ-，即1k Xˆ-是1k 1Z Z - 的线性函数。
(1)k 时刻系统状态的预测估计值1k 1k ,k 1k ,k X ˆXˆ---Φ= (2)k 时刻系统观测值的预测估计值1k ,k k 1k ,k X ˆH Zˆ--= (3)获得k 时刻观测值k Z ，观测值与预测估计1k ,k Zˆ-之间误差 k1k ,k k 1k ,k k k k k 1k ,k k k 1K ,k k k V X ~H X ˆH V X H X ˆH Z ZˆZ Z ~+=-+=-=-=----造成误差的原因为预测估计1K ,k Zˆ-和观测值k Z 可能都存在误差。
(4)修正k 时刻状态的预测估计值，k K 为滤波增益矩阵)X ˆH Z (K X ˆXˆ1k ,k k k k 1k ,k k ---+= (5)获取k 时刻观测值k Z 前后对k X 的估计误差分别为1k ,k k 1k ,k XˆX X ~---= k k k XˆX X ~-= (6)根据最优滤波方差阵k P 求最优滤波增益矩阵k K 。
]X ~X ~[E P T k k k =k k 1k ,k k k k k 1k ,k k k 1k ,k 1k ,k k k k k k 1k ,k 1k ,k k k k 1k ,k k k V K X~]H K I [V K X ~H K X ~]X ˆH V X H [K X ~]X ˆH Z [K XˆX X~--=--=-+-=---=-------注：0]X ~V [E ,0]V X ~[E T 1k ,k k Tk 1K ,k ==--T kk k T k k 1k ,k k k T kTk k k T k k T 1k ,k 1k ,k k k T k T k k k T k k T 1k ,k k k T kTk 1k ,k k k T k k T 1k ,k 1k ,k k k T k k k TkT k k k T k k T 1k ,k k k T k T k 1k ,k k k T k k T 1k ,k 1k ,k k k T k k 1k ,k k k k k 1k ,k k k T k k K R K ]H K I [P ]H K I [K ]V V [E K ]H K I ][X ~X ~[E ]H K I [K ]V V [E K ]H K I ][X ~V [E K K ]V X ~[E ]H K I []H K I ][X ~X ~[E ]H K I []X ~X ~[E P K V V K ]H K I [X ~V K K V X ~]H K I []H K I [X ~X ~]H K I [}V K X ~]H K I }{[V K X ~]H K I {[X ~X ~+--=+--=+------==+------=----=-------------求最优增益k K 。
kmean滤波原理
kmean滤波原理k-means滤波原理k-means滤波是一种常用的图像处理技术，用于对图像进行去噪处理。
本文将介绍k-means滤波的原理，并解释其在图像处理中的应用。
1. k-means滤波原理概述k-means滤波是一种基于聚类分析的滤波方法。
其基本思想是将图像中的像素点聚类为若干个簇，然后用每个簇的中心点来替代该簇中的所有像素点。
通过这种方式，可以去除图像中的噪声，同时保留图像的主要特征。
2. k-means滤波的步骤（1）初始化：随机选择k个像素作为初始簇中心。
（2）聚类：将图像中的像素点分配到离其最近的簇中心。
（3）更新簇中心：计算每个簇的平均像素值，并将其作为新的簇中心。
（4）迭代：重复步骤（2）和（3），直到簇中心不再发生变化或达到设定的迭代次数。
3. k-means滤波的优势（1）简单快速：k-means滤波算法的计算复杂度较低，可以快速处理大规模的图像数据。
（2）去噪效果好：通过对图像进行聚类分析，k-means滤波可以有效地去除图像中的噪声，提高图像质量。
（3）参数可调：k-means滤波中的k值可以根据实际需求进行调整，从而得到不同程度的去噪效果。
4. k-means滤波的应用（1）图像去噪：k-means滤波可以应用于图像去噪处理，通过调整k值和迭代次数，可以得到不同程度的去噪效果。
（2）图像分割：k-means滤波可以将图像中的像素点分为不同的簇，从而实现图像分割的目的。
（3）图像压缩：k-means滤波可以将图像中相似的像素点聚类为同一个簇，从而减少图像的存储空间。
5. k-means滤波的局限性（1）对初始簇中心的选择较为敏感：k-means滤波的结果受初始簇中心的选择影响较大，不同的初始值可能导致不同的聚类结果。
（2）对噪声较为敏感：k-means滤波对噪声敏感，当噪声比较大时，可能会导致滤波效果不佳。
（3）无法处理图像中的纹理和边缘信息：k-means滤波只能保留图像的颜色特征，无法保留纹理和边缘等细节信息。
KHN滤波器频率特性的进一步研究
收稿日期:2010-02-04基金项目:陕西国际商贸学院自然科学研究基金资助项目作者简介:李安(又名李永安)(1961-),男,陕西三原人,陕西国际商贸学院兼职教授,咸阳师范学院物理与电子工程学院教授.第28卷第2期海南大学学报自然科学版V o l .28N o .22010年6月N A T U R A LS C I E N C EJ O U R N A LO FH A I N A N U N I V E R S I T Y J u n .2010 文章编号:1004-1729(2010)02-0144-04K H N 滤波器频率特性的进一步研究李 安,郭 静,薛卫东,袁战军,黄荷洁(陕西国际商贸学院电子与信息工程系,陕西咸阳712000)摘 要:提出了一种能同时或能分别实现低通、高通和带通滤波的多功能K H N 滤波器,通过调节其电阻比,其电路也能被修改成一个正交振荡器,而且其电路的极点频率和品质因数能够被独立地,精确地调节.该电路使用了3个集成运放、2个电容和9个电阻,且使用的元件较少,性价比高,计算机仿真证明它正确有效.关键词:正交振荡器;通用滤波器;集成运算放大器中图分类号:T N 722.77 文献标志码:A有2种经典形式的K H N (K e r w i n -H u e l s m a n -N e w c o m b ,K H N )滤波器[1-2],一种是反相型,另一种是同相型.无论是同相型还是反相型K H N 滤波器,它只能够同时实现单输入、三输出通用滤波:低通、高通和带通,而不能分别实现三输入、单输出通用滤波;由于电阻比有限,因此其Q 值也不能太高,另外,在电路拓扑结构不改变的情况下,不能实现正弦振荡.在现代电流模式电路中,K H N 滤波器已成为滤波器设计的原型,并已得到了广泛的应用[3-8].鉴于此,笔者对同相型K H N 滤波器作了改进,它不仅能实现单输入、三输出的通用滤波,而且也能实现三输入、单输出的通用滤波,并且其电路的极点频率和品质因数能够被独立地和精确地调节,此外,它还能被修改成一个正交振荡器.该滤波器包含了3个集成运放、2个电容和9个电阻,所使用的元件较少,计算机仿真证明它正确有效.1 电路原理图1给出了由三运放构成的多功能电压模式二阶电路,其中有1个大反馈环和2个小反馈环.设R 1=R 2=R ,C 1=C 2=C ,R 5=R 6=R 7,使用MA S O N 公式,可得到三环路的增益和为L (s )=-1s 2R 2C 2-1s R C (31+R 4/R 3-1),电路的图行列式为D (s )=1-L (s )=1+1s 2R 2C 2+1s R C (31+R 4/R 3-1),(1)电路的极点频率和品质因数分别为ω0=1R C ,(2)Q =13/(1+R 4/R 3)-1,(3)图1 三运放多功能K H N 滤波器式(2)表明,通过同步地调整R 1和R 2,可实现极点频率的独立调节,而不影响品质因数.式(3)表明,通过调整R 4和R 3的电阻比,可实现品质因数的独立调节,而不影响极点频率,从而实现二者的正交调节.值得注意的是,通过调整R 4/R 3,很容易实现高Q 电路,特别是当R 4=2R 3,Q =∝时,这意味着电路变成了一个正弦振荡器,其频率可由R 和C 调节.若V i 1=V i ,则从电压源V i 到输出端V o 1,V o 2,V o 3的前向通道增益分别为3R 4/(R 3+R 4),-3R 4/(R 3+R 4)×1/s R C ,3R 4/(R 3+R 4)×1/s 2R 2C 2,由M A S O N 公式知相应的传输函数为V o 1V i =3R 4s 2/(R 3+R 4)s 2+s (2R 3-R 4)/R C (R 3+R 4)+1/R 2C 2,(4)V o 2V i =-3R 4s /R C (R 3+R 4)s 2+s (2R 3-R 4)/R C (R 3+R 4)+1/R 2C 2,(5)V o 3V i =3R 4/R 2C 2(R 3+R 4)s 2+s (2R 3-R 4)/R C (R 3+R 4)+1/R 2C 2,(6)式(4)、(5)、(6)说明,若V i 1是输入,则V o 1是高通输出;若V o 2是带通输出,则V o 3是低通输出.所以图1电路是从一个端口输入信号,从3个端口输出信号的双二次节,它同时实现了高通、带通和低通二阶滤波.相应的增益常数分别为G H =3R 4/(R 3+R 4),G B =-3R 4/(R 3+R 4)Q ,G L =3R 4/(R 3+R 4).若V o 1=V o ,则从V i 1,V i 3到输出端V o 的前向通道增益分别为3R 4/(R 3+R 4)和1/s R C ,从V i 2到输出端V o 的前向通道增益和为-3R 4/(R 3+R 4)×1/s R C+1/s R C-1/s 2R 2C 2,相应的传输函数为V o V i 1=3R 4s 2/(R 3+R 4)s 2+s (2R 3-R 4)/R C (R 3+R 4)+1/R 2C 2,(7)V o V i 3=s /R C s 2+s (2R 3-R 4)/R C (R 3+R 4)+1/R 2C 2,(8)V o V i 2=-1/R 2C 2+s [1-3R 3/(R 3+R 4)]/R C s 2+s (2R 3-R 4)/R C (R 3+R 4)+1/R 2C 2,(9)若取2R 4=R 3,则由式(8)、(9)可得V o V i 2+V i 3=-1/R 2C 2s 2+s (2R 3-R 4)/R C (R 3+R 4)+1/R 2C 2.(10)式(7)、(8)说明,若V o 1是输出,则V i 1是高通输入,V i 3是带通输入.式(9)、(10)说明,V i 2并不是低通输入,当满足条件2R 4=R 3时,V i 2+V i 3才是低通输入,这是一个值得注意的问题[9-10].所以图1电路也是能从一个端口输出信号,从多个端口输入信号的双二次节,它分别实现了高通、带通和低通二阶滤波.相应的增益常数分别为G H =3R 4/(R 3+R 4),G B =Q ,G L =-1.2 计算机仿真为了验证电路的正确性,在E W B 5.0平台上创建图1电路.其中集成运放选用通用运放μA 741,限于篇幅,仅仿真三输入、单输出滤波器.取R 1=R 2=R =15.915k Ψ,C 1=C 2=C =10n F ,R 5=R 6=10k Ψ,R 4=145 第2期 李 安等:K H N 滤波器频率特性的进一步研究10k Ψ,R 3=20k Ψ,则理论给出f o =1k H z ,Q=1,G H =1,G B =1,G L =-1,仿真结果如图2所示.用E W B 5.0提供的指针可测得f o =1k H z ,Q =1.0041,G H =1.0087,G B =1.0041,G L =-1.0051.(a )高通滤波(b )带通滤波 (c )低通+带通滤波(d )低通滤波图2 三输入、单输出二阶滤波器的仿真结果 为了说明电路的品质因数受电阻比R 4/R 3控制,仍取R 1=R 2=R 5=R 6=15.915k Ψ,R 4=10k Ψ,C 1=C 2=10n F ,使R 3=6k Ψ,R 3=8k Ψ,R 3=10k Ψ,R 3=12k Ψ时,理论给出f o =1k H z ,Q=8,Q=3,Q =2,Q =1.57.带通滤波器的频率特性如图3所示.用E W B 5.0提供的指针可测得f o =1k H z ,Q=8.3283,Q=3.0434,Q=2.0186,Q =1.5825. 图3 带通滤波器的仿真结果为了说明电路的极点频率受R 1,R 2控制,且与R 4,R 3无关,取R 4=R 5=R 6=10k Ψ,C 1=C 2=10n F ,R 3=20k Ψ,使R=1.5915k Ψ,R =15.915k Ψ,R =159.15k Ψ时,理论给出Q=1,f o =10k H z ,f o =1k H z ,f o =100H z .带通滤波器的频率特性如图4所示.用E W B 5.0提供的指针可测得f o =10k H z ,f o =1k H z ,f o =100H z ,相应地,Q=1.0445,Q =1.0041,Q =1.0005.显然频率较高时,出现了Q 增强现象,这是运算放大器的有限增益带宽积造成的[2]. 图4 带通滤波器的仿真结果理论上,当R 4=2R 3时,电路变成了振荡器,仿真结果表明R 4要稍大于2R 3,才能维持振荡.取R 1=R 2=15.915k Ψ,R 3=R 5=R 6=10k Ψ,C 1=C 2=10n F ,当R 4=20.1k Ψ>2R 3=20k Ψ时,电路振荡,由于V o 3比V o 2超前90°,所以V o 3和V o 2是两相正交正弦波.理论给出f o =1k H z .仿真结果如图5所示.实测f o =975.1873H z .造成频率下移的原因是运算放大器的有限增益带宽积[1-2].造成波形失真的原因是电路无限幅电路,只要给积分器增加二极管限副电路[1],即可改善波形.可见,计算机仿真结果与理论设计基本一致,说明所设计电路正确有效. 图5 振荡器的仿真结果3 结 论使用3个集成运放、2个电容和9个电阻,设计了一个二阶通用滤波器,该电路既可单输入,又可多输出,同时它可实现低通、带通和高通滤波,也可以多输入、单输出,分别实现低通、带通和高通滤波.电路除具有低的灵敏度外,还具有以下鲜明的特点:1)电路的极点频率和品质因数能独立的调节,容易获得高Q滤波;2)电路使用较少元件,性价比高;3)电路还可被调节成一个频率可调的正交正弦振荡器.这种滤波器是设计高阶滤波器的积木块,它对现代电流模式滤波器的设计具有一定的借鉴作用.146海南大学学报自然科学版 2010年 参考文献:[1]F R A N C OS .D e s i g n w i t h o p e r a t i o n a l a m p l i f i e r s a n d a n a l o g i n t e g r a t e d c i r c u i t s [M ].3r de d .N e wY o r k :M c .G r a w -H i l l S c i e n c eE n g i n e e r i n g ,2001.[2]B U D A KA .P a s s i v e a n dA c t i v e N e t w o r k A n a l y s i s a n dS y n t h e s i s [M ].B o s t o n :W a v e l a n d P r e s s ,1991.[3]K E S K I NA ,B I O L E KD ,H A N C I O G L UE .C u r r e n t -m o d e K H Nf i l t e r e m p l o y i n g c u r r e n t d i f f e r e n c i n g t r a n s c o n d u c t a n c e a m p l i -f i e r s [J ].A E U -I n t .J .E l e c t r o n .C o m m u n .,2006,60(6):443-446.[4]S H A H R A M M ,S A I TT .N e wc u r r e n t -m o d e c u r r e n t -c o n t r o l l e d u n i v e r s a l f i l t e r w i t hs i n g l e i n p u t a n d t h r e e o u t -p u t s [J ].I n t e r n a -t i o n a l J o u r n a l o f E l e c t r o n i c s ,2001,88(3):333-337.[5]T A N G S R I R A TW,P U K K A L A N U NT .S t r u c t u r a l g e n e r a t i o n o f t w o i n t e g r a t o r l o o p f i l t e r s u s i n g C D T A s a n d g r o u n d e d c a p a c i t o r s[J ].I n t .J .C i r c .T h e o r .A p p l .,2009,D O I :10.1002/c t a .616.[6]李永安.用A O A 设计有源补偿双二阶电流模式滤波器[J ].电讯技术,2008,48(8):92-96.[7]王春华,沈光地.M O C C I I 电流模式K H N 滤波器及其非理想特性研究[J ].湘潭大学学报:自然科学版,2003,30(1):60-66.[8]李永安.基于M O -C D T A 的电控调谐多功能电流模式二阶滤波器/振荡器[J ].微电子学,2009,39(5):670-672.[9]李永安.通用二阶滤波器的高频特性研究[J ].海南大学学报:自然科学版,2008,26(4):332-336.[10]李永安.电流模式双二次滤波函数的A O A 实现[J ].海南大学学报:自然科学版,2007,25(4):357-360.F u r t h e r R e s e a r c h o n F r e q u e n c y C h a r a c t e r i s t i c s o f K H NF i l t e rL I A n ,G U OJ i n g ,X U EW e i -d o n g ,Y U A NZ h a n -j u n ,H U A N GH e -j i e(D e p a r t m e n t o f E l e c t r o n i c s a n dI n f o r m a t i o nE n g i n e e r i n g ,S h a n x i I n s t i t u t eo f I n t e r n a t i o n a l T r a d e ＆C o m m e r c e ,X i a n y a n g 712000,C h i n a )A b s t r a c t :An e w m u l t i f u n c t i o n a l K H Nf i l t e r w a s d e s i g n e d ,w h i c h a c h i e v e h i g h -p a s s ,b a n d -p a s s a n d l o w -p a s s f i l -t e r i n g r e s p e c t i v e l y a n ds i m u l t a n e o u s l y .T h r o u g h m o d i f y i n g r e s i s t a n c e r a t i o ,t h e c i r c u i t c a nb e c o m e ac u r r e n t -m o d e o s c i l l a t o r a n dt h e p o l ea n g u l a r f r e q u e n c y a n dq u a l i t y f a c t o r c a nb e t u n e da c c u r a t e l y a n d i n d e p e n d e n t l y .T h e c i r c u i t c o n t a i n s t h r e e O P s ,t w o c a p a c i t o r s a n d n i n e r e s i s t a n c e s ,w h i c h h a s h i g h e r c o s t -e f f e c t i v e .T h e s i m u l a -t e d r e s u l t s w e r e a l s o i l l u s t r a t e d .K e y w o r d s :q u a d r a t u r e o s c i l l a t o r ;u n i v e r s a l f i l t e r ;O p 147 第2期 李 安等:K H N 滤波器频率特性的进一步研究。
KHN滤波器分析与设计
《现代电路理论与设计》课程实验报告实验名称KHN滤波器分析与设计实验日期2015-10-30 班级研15-2班学号2015200236 姓名汪瑶指导老师评分1、KHN滤波器电路组成图8.1原理图2.KHN滤波器转移函数及设计方程图8.1所示电路的方程为从V1处输出时是一个高通滤波器，从V2处输出时是一个带通滤波器，从V3处输出时是一个低通滤波器，其转移函数分别为它们的极点频率w0和Q值都相同，分别为各滤波电路的增益分别为二、实验目的（1）定性分析KHN滤波器的参数变化对滤波的影响；（2）帮助学生理解滤波器的分析设计过程。
三、实验过程1、理论计算为了方便分析计算①取C1=C2=C=10nF，R1=R2=R3=R4=R5=R6=R=100k。
②由计算公式求得，wp=1000rad/s，Q=1，2、仿真步骤（1）按照电路图，选好元器件，并按理论计算设定元件值，搭建好仿真电路。
如下图8.2所示：图8.2仿真电路图（2）设置仿真参数，如下图8.3所示：图8.3仿真参数设置运行仿真，得到如下图8.4所示：图8.4 V1，V2和V3输出波形图（3）改变C1值。
采用参数扫描方式，让C1的值从6n到14n，每2n取一次值。
设置参数扫描后的波形如图8.5所示，图8.5改变参数C1的波形变化（4）改变C2值。
采用参数扫描方式，让C2的值从6n到14n，每2n取一次值。
设置参数扫描后的波形如图8.6所示图8.6改变参数C2的波形变化（5）改变R1值。
采用参数扫描方式，让R1的值60k到140k，每20k取一次值。
设置参数扫描后的波形如图8.7所示图8.7改变参数R1的波形变化（6）改变R2值。
采用参数扫描方式，让R2的值从60k到140k，每20k取一次值。
设置参数扫描后的波形如图8.8所示图8.8改变参数R2的波形变化（7）改变R3值。
采用参数扫描方式，让R3的值从60k到140k，每20k取一次值设置参数扫描后的波形如下图8.9所示图8.9改变参数R3的波形变化（8）改变R4值。
滤波器的设计和优化方法
滤波器的设计和优化方法滤波器是一种广泛应用于信号处理领域的电路或算法，具有对待处理信号进行滤波、降噪或增强等功能。
本文将介绍滤波器的概念、分类以及设计和优化方法。
一、滤波器概述滤波器是一种用于改变或传递信号特征的设备或系统。
它通过选择性地通过或抑制某些频率的信号来实现信号的处理。
滤波器能够对不同频率分量的信号进行处理，常见的滤波器类型有低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。
二、滤波器分类1. 低通滤波器：低通滤波器是一种能够通过低于截止频率的信号而抑制高于截止频率的信号的滤波器。
它被广泛应用于音频处理、图像处理等领域。
2. 高通滤波器：高通滤波器是一种能够通过高于截止频率的信号而抑制低于截止频率的信号的滤波器。
它常用于语音信号处理、图像锐化等方面。
3. 带通滤波器：带通滤波器是一种只能通过一定频率范围内信号的滤波器，常用于通信系统中的频率选择性放大或抑制。
4. 带阻滤波器：带阻滤波器是一种能够抑制一定频率范围内信号而通过其他频率信号的滤波器。
在射频通信系统中，带阻滤波器常用于抑制干扰信号。
三、滤波器设计方法1. IIR滤波器设计：IIR滤波器（Infinite Impulse Response）是一种具有无限冲击响应的滤波器，它使用了反馈回路。
常见的IIR滤波器设计方法有Butterworth、Chebyshev和Elliptic等。
2. FIR滤波器设计：FIR滤波器（Finite Impulse Response）是一种具有有限冲击响应的滤波器，它不使用反馈回路。
常见的FIR滤波器设计方法有窗函数法、频率采样法和最小二乘法等。
3. 自适应滤波器设计：自适应滤波器是一种能够根据输入信号的特点自动调整滤波参数的滤波器。
它常用于降低信号噪音、提取信号特征等应用场景。
4. 数字滤波器设计：数字滤波器是一种基于数字信号处理的滤波器，它通常使用数字滤波器设计软件或专业工具实现。
四、滤波器优化方法1. 系统参数优化：通过调整滤波器参数，如阶数、截止频率等，可以优化滤波器的性能。
滤波器设计与分析
滤波器设计与分析滤波器是一种电子设备，用于改变信号的频率特性。
它可以清除信号中的噪声和干扰，以及滤除不必要的频率成分。
在通信、音频、图像处理等领域，滤波器起着至关重要的作用。
本文将讨论滤波器设计和分析的相关内容。
一、滤波器的基本原理滤波器可以根据其频率响应分为两类：低通滤波器和高通滤波器。
低通滤波器可以通过滤除高频信号来保留低频信号；高通滤波器则滤除低频信号而保留高频信号。
此外，还有带通滤波器和带阻滤波器，可以选择特定频率范围内的信号通过或滤除。
滤波器的设计目标通常包括：幅频响应、相频响应、群延迟、阻带衰减等。
基于这些设计目标，滤波器设计师可以根据具体需求，选择不同的滤波器类型和配置方法。
二、滤波器设计方法1. 传统方法传统的滤波器设计方法主要基于模拟滤波器的原理实现。
这种方法通常需要对电路进行频率域分析和时域分析，并根据设计目标调整滤波器的参数。
传统方法可以使用电容、电感、电阻等元件，通过组合和调整这些元件的数值来实现所需的滤波效果。
2. 数字滤波器设计随着数字信号处理技术的发展，数字滤波器的应用越来越广泛。
数字滤波器可以通过数字算法实现，其设计通常是基于差分方程或频率响应函数进行的。
数字滤波器设计使用数字滤波器系数和滤波器的结构，可以根据所需的滤波特性进行调整和优化。
三、滤波器分析方法1. 频率响应分析频率响应是描述滤波器在不同频率下的传递特性的重要参数。
常用的频率响应分析方法有：频率响应曲线、相频响应曲线、群延迟等。
通过对滤波器的频率响应进行分析，我们可以了解滤波器在不同频率下的增益变化、相位变化以及信号延迟情况。
2. 时域分析时域分析是对滤波器输入输出信号的时间变化进行分析。
常用的时域分析方法有：冲击响应、单位阶跃响应等。
时域分析可以评估滤波器对输入信号的时域特性和时域变化的影响。
3. 稳定性分析滤波器的稳定性是指输出信号是否有可能发散或者在有界范围内振荡。
稳定性分析是滤波器设计过程中不可或缺的一部分，可以通过稳定性判据和数学分析来确定滤波器的稳定性。
滤波器的参数设计和优化方法
滤波器的参数设计和优化方法滤波器是一种电子设备，能够对信号进行处理、滤除噪声或改变频谱特性。
在各行各业的应用中，滤波器的设计和优化是非常重要的一项任务。
本文将介绍滤波器的参数设计和优化方法，帮助读者更好地了解和应用滤波器。
一、滤波器的基本原理滤波器是使用特定的电子元件或数字算法来改变信号的频谱特性的设备。
滤波器可以分为模拟滤波器和数字滤波器两大类。
模拟滤波器是使用电容、电感和电阻等元件来实现滤波功能，而数字滤波器则是通过数字信号处理算法实现。
滤波器的基本原理是通过选择性地阻止或通过特定频率的信号，改变信号的频率或幅度特性。
滤波器的设计目标是使感兴趣的信号通过滤波器时尽可能保持原有的信号特性，而抑制或削弱其他非感兴趣的信号。
二、滤波器参数设计滤波器的参数设计是指根据实际需求和滤波器的特性，确定滤波器的各个参数值。
滤波器参数的设计通常包括滤波器类型、通带和阻带的频率范围、通带和阻带的增益等。
1. 滤波器类型选择滤波器类型是指根据信号的频率特性和滤波器的响应特点，选择适合的滤波器类型。
常见的滤波器类型包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器等。
2. 通带和阻带的频率范围确定通带是指允许信号通过的频率范围，阻带是指滤波器对信号进行抑制的频率范围。
根据应用的需求，确定滤波器的通带和阻带的频率范围，以满足对信号的处理要求。
3. 通带和阻带的增益设定通带增益是指滤波器在通带中对信号的增强程度，阻带增益是指滤波器在阻带中对信号的衰减程度。
根据信号的幅度特性和应用需求，设定滤波器的通带和阻带的增益，以满足对信号的处理要求。
三、滤波器优化方法滤波器的优化是指通过调整滤波器的参数或改变滤波器的结构，使得滤波器在特定的应用场景中表现更好。
滤波器的优化方法可以分为以下几类：1. 参数调整通过调整滤波器的参数，如电容、电感或电阻的数值，改变滤波器的特性。
参数调整方法可以是手动调整，也可以通过模拟或数字优化算法进行自动调整。
基于测量值量化和新息量化的Kalman滤波性能比较分析
基于测量值量化和新息量化的Kalman滤波性能比较分析文金仓;陈志国;周福娜
【期刊名称】《河南大学学报：自然科学版》
【年(卷),期】2014(44)1
【摘要】以测量值量化Kalman滤波器和新息量化Kalman滤波器为对象,从量化误差、量化份数、量化区间三方面对量化滤波器的性能进行分析.在量化误差大小一定的情况下,可以得到两种量化滤波算法各自所需量化份数,给量化滤波器的选择提供定性与定量的依据.
【总页数】5页(P84-88)
【关键词】量化份数;传输带宽;Kalman滤波器;量化策略;量化误差
【作者】文金仓;陈志国;周福娜
【作者单位】河南大学计算机与信息工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TN911.72
【相关文献】
1.均匀量化和基于A律13折线的非均匀量化的性能比较 [J], 张书锋;许峥
2.基于测量值均匀量化的扩展卡尔曼滤波 [J], 朱朝阳;文成林;叶海红
3.量化量测下约束方差滤波的容许量化水平研究 [J], 吴允刚;唐振民
4.基于量化新息的容积粒子滤波融合目标跟踪算法 [J], 徐小良;汤显峰;葛泉波;管
冰蕾
5.基于新息的自适应增量Kalman滤波器 [J], 孙小君;周晗;闫广明
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《现代电路理论与设计》课程实验报告
1、KHN滤波器电路组成
图原理图
滤波器转移函数及设计方程
图所示电路的方程为
从V1处输出时是一个高通滤波器，从V2处输出时是一个带通滤波器，从V3处输出时
是一个低通滤波器，其转移函数分别为
它们的极点频率w和Q值都相同，分别为
各滤波电路的增益分别为
二、实验目的
（1 ）定性分析KHN滤波器的参数变化对滤波的影响；
（2）帮助学生理解滤波器的分析设计过程。
三、实验过程
1、理论计算
为了方便分析计算
①取6= C2=C=10nF R仁R2=R3=R4=R5=R6=R=100k
②由计算公式求得，wp=1000rad/s，Q=1,
2、仿真步骤
（1）按照电路图，选好元器件，并按理论计算设定元件值，搭建好仿真电路。
如下图所示：
图仿真电路图
（2）设置仿真参数，如下图所示：
图仿真参数设置
运行仿真，得到如下图所示：
图V1 , V2和V3输出波形图
（3）改变C1值。
采用参数扫描方式，让C1的值从6n到14n,每2n取一次值。
设置参数扫描后的波形如图所示，
图改变参数C1的波形变化
（4）改变C2值。
采用参数扫描方式，让C2的值从6n到14n，每2n取一次值。
设置参数扫描后的波形如图所示
图改变参数 C2 的波形变化
（5）改变R1值。
采用参数扫描方式，让 R1的值60k 到140k ，每20k 取一次值。
设置参数
扫描后的波形如图所示
图改变参数 R1 的波形变化
（6） 改变R2值。
采用参数扫描方式，让 R2的值从60k 到140k ，每20k 取一次值。
设置参 数扫描后
的波形如图所示
图改变参数 R2 的波形变化
（7） 改变R3值。
采用参数扫描方式，让
R3的值从60k 到140k ，每20k 取一次值 设置参数扫描后
的波形如下图所示
图改变参数 R3 的波形变化
（8） 改变R4值。
采用参数扫描方式，让
R4的值从60k 到140k ，每20k 取一次值 设置参数扫描后
的波形如下图所示
图改变参数R4的波形变化
（9） 改变R5值。
采用参数扫描方式，让
R5的值从60k 到140k ，每20k 取一次值 设置参数扫描后
的波形如下图所示
图改变参数R5的波形变化
设置参数扫描后的波形如下图所示
图改变参数R6的波形变化
四、实验结果分析
由图可看出，KHN 滤波器可以实现高通滤波和带通滤波以及低通滤波三种滤波方式，我 们可以根据需要，选择不同的输出端口，来实现不同的滤波功能。
由图可看出，随着电容 C1的值由小变大，高通功能端口的输出波形， Q 值逐渐增大, 过度带减小明显；带通功能端口的输出波形， 中心频率逐渐减小， 通带宽变窄，且高频段变 化更为明显；低通功能端口的输出波形，截止频率变化不是很大， Q 值逐渐增大，波形的过
渡带明显减小。
由图可看出，随着电容 C2的值由小变大，高通功能端口的输出波形，
Q 值逐渐减小,
的过渡带减小，且输出增益也是减小的。
10）改变 R6 值。
采用参数扫描方式，让 R6的值从60k 到140k ，每20k 取一次值
过度带随之增大；带通功能端口的输出波形， 化更为明显；低通功能端口的输出波形，截止频率明显减小， 着增大。
由图可看出，随着电阻 化规律同改变 C1 相似。
由图可看出，随着电阻 化规律同改变 C2相似。
由图可看出，随着电阻
中心频率逐渐减小， 通带宽变宽，且低频段变 Q 值也逐渐减小，过渡带也随
R1 的值由小变大，高通，带通， R2的值由小变大，高通，带通, 低通功能端口的输出波形，变 低通功能端口的输出波形，变 R3的值由小变大，高通功能端口的输出波形，
Q 值逐渐减小，
中心频率基本不变， 且输 Q
值逐渐减小，波形
过度带减小，且输出增益也逐渐减小；带通功能端口的输出波形， 出增益明显下降；低通功能端口的输出波形，截止频率变化不是很大，
由图可看出，随着电阻R4 的值由小变大，各功能端口的变化规律同改变R3 是相反的。
由图可看出，随着电阻R5的值由小变大，高通功能端口的输出波形，Q值减小不明显，
过度带增大，且输出增益也逐渐减小；带通功能端口的输出波形，中心频率逐渐减小，而且
通带宽基本不变；低通功能端口的输出波形，截止频率变化不是很大，Q值逐渐增大，波形
的过渡带减小，且输出增益增大。
由图可看出，随着电阻R6的值由小变大，各功能端口的变化规律同改变R5基本相反，除了带通通带大小也基本不变。
综合上述对波形的分析，我们可以将C1或R1和C2或R2分为一组，它们是改变Q值的，改变过度带大小，同时也可改变极点频率或中心频率；将R3或R4和R5或R6分为一组，它们是改变输出增益的。