Последовательность действий при работе в SPTool-программе. Синтез цифрового фильтра. Первое окно SPTool startup.spt

                                          Введение

в моделирование цифровой фильтрации с помощью GUISPToolв       программной среде MATLAB

Программы GUI (Graphic User Interface — Графический интерфейс пользователя) — это интерактивные системы (диалог "компьютер — человек"), предназначенные для математического моделирования сигналов, устройств и процессов с графическим выводом результатов.

GUISPTool (Signal Processing Toolbox — Средства обработки сигнала) представляет собой типичную GUI-программу, предназначенную для математического моделирования цифровой обработки сигналов, в частности, процедуры цифровой фильтрации.

Обращение к GUI-программе происходит после записи ее имени в командном окне MATLAB

»  sptool

Программа SPTool включает 9 интерактивных окон Windows. Будем знакомиться с ними постепенно, изучая последовательность действий при работе в SPTool-программе.

1. Последовательность действий при работе в SPTool-программе

В общем случае моделирование процедуры цифровой фильтрации с помощью SPTool предполагает выполнение следующих действий в заданной последовательности:

□  синтез (проектирование) цифрового фильтра (ЦФ);

□  анализ характеристик синтезированного ЦФ;

□  создание входного сигнала;

□   импортирование входного сигнала в SPTool;

□визуализацию входного и выходного сигналов;

□  моделирование процесса фильтрации;

□  расчет и визуализацию спектров входного и выходного сигналов;

□  выход из программы SPTool;

□  экспортирование результатов моделирования (данных SPTool) в MATLAB.

Рассмотрим каждое из этих действий подробнее.

1.1. Синтез цифрового фильтра

После обращения к программе SPTool (с помощью вызова sptool) в командном окне MATLAB открывается первое окно SPTool:startup.spt(рис. 1) с тремя списками: Signals(Сигналы), Filters(Фильтры), Spectra(Спектры).

               Рис. 1. Первое окно SPTool  startup.spt

Под списком Filtersразмещаются 4 кнопки:

□  View(Вид) — просмотр характеристик фильтра;

□  NewDesign (Новый проект) — синтез нового фильтра;

□  EditDesign(Редактирование проекта) — изменение требований к фильтру и его синтез без изменения имени фильтра;

□  Apply(Применить) — моделирование процесса фильтрации сигнала, имя которого выделено в списке Signals, фильтром, имя которого выделено в списке Filters.

В списке Filtersсодержатся имена синтезированных ранее и сохраненных фильтров; если они отсутствуют, активна только кнопка NewDesign.

Терминология "сохраненный фильтр" означает, что в файле с указанным именем сохранены все данные о синтезированном фильтре в виде массива записей (структуры) — structarray.

Для синтеза нового ЦФ необходимо нажать кнопку NewDesign, после чего открывается второе окно FilterDesigner(Синтез фильтра) (рис. 2), в котором выполняются следующие действия:

□ задаются требования к синтезируемому ЦФ:

•  в поле ввода SamplingFrequency(Частота дискретизации) — частота дискретизации в герцах, например 2000 Гц;

•  в  группе  Specifications(Параметры)  в  раскрывающемся  списке  Туре (Тип) — тип избирательности фильтра, например lowpass(низкочастотный);

•  в раскрывающемся списке Algorithm(Алгоритм) — тип ЦФ (КИХ или БИХ) и одновременно метод синтеза.

Для синтеза КИХ-филыпровможет быть выбран один из следующих методов:.

-   EquirippleFIR— оптимальной фильтрации Чебышева;

-   LeastSquareFIR— наименьших квадратов;

-   KaizerWindowFIR— окон Кайзера.

При   синтезе   БИХ-фильтровиспользуется   метод   билинейного   Z-преобразования со следующими типами аппроксимации:

-   ButterwhorthIIR— Баттерворта;

-   Chebyshev Туре 1IIR— Чебышева I рода;

-   Chebyshev Туре 2 IIR— Чебышева II рода;

-   EllipticIIR— Золотарева — Кауэра;

•   в группе Specifications— требования к характеристике ослабления:

a)   в подгруппе Passband(Полоса пропускания) указываются:

и в поле ввода Fp— граничная частота полосы пропускания в герцах, например

200 Гц;

н в поле ввода Rp— максимально допустимое ослабление в децибелах, например 3 дБ;

b)   в подгруппе Stopband(Полоса задерживания) указываются:

и в поле ввода Fs— граничная частота полосы задерживания в герцах, например

300 Гц;

н в поле ввода Rs — минимально допустимое ослабление в децибелах, например

60 дБ;

□  синтезируется ЦФ по введенным требованиям после нажатия кнопки Apply;

□выводятся следующие данные о синтезируемом фильтре:

•  в поле FrequencyResponse(Частотная характеристика) — график характеристики ослабления;

•  в группе Measurements (Значения):

-   в текстовом поле Order(Порядок) — порядок ЦФ, в примере  равен 32;

-   в подгруппе Passband:

- Rp— действительное ослабление в полосе пропускания, в примере 3,45 дБ;

- Weight(Вес)— вес в полосе пропускания (для подробной информации