小波滤波器

小波滤波器

语法:

[Lo_D,Hi_D,Lo_R,Hi_R]= wfilters('wname') [F1,F2]=wfilters('wname','type')

[Lo_D,Hi_D,Lo_R,Hi_R] = wfilters('wname') 计算'wname' 里的正交和双正交小波的四个滤波器 Lo_D, the decomposition low-pass filter 分解低通滤波器

Hi_D, the decomposition high-pass filter 分解高通滤波器

Lo_R, the reconstruction low-pass filter 重建低通滤波器

Hi_R, the reconstruction high-pass filter 重建高通滤波器

[F1,F2] = wfilters('wname','type') 返回一下滤波器:

模拟频率,数字频率,模拟角频率关系

模拟频率f:每秒经历多少个周期,单位为Hz, 即1/s;

模拟角频率Ω是指每秒经历多少弧度,单位rad/s

数字频率w:每个采样点间隔之间的弧度,单位rad

Ω=2*pi*f; w=Ω

*T

IIR 数字滤波器设计方法:

先根据已知带通参数求出最佳滤波器阶数和截止频率

[n,Wn]=buttord(Wp,Ws,Rp,Rs);

[n,Wn]=buttord(Wp,Ws,Rp,Rs,'s');

[b,a]=butter(n,Wn,'ftype','s')

Wp 为0-1之间,Ws 为阻带角频率,0-1之间。Rp 为通带波纹,或者通带衰减,Rs 为阻带衰减。

给出的是模拟频率fp1通带截止频率,fp2阻带截止频率,则Wp=fp1*2/fs,Ws=fp2*2/fs。

传统FIR 滤波器

函数FIRl 是采用经典窗函数设计线性相位FIR 数字滤波器,且具有标准低通、带通、高通和带阻等类型。函数调用格式:

b=firl(n,wn) b=firl(n,wn,'ftype') b=firl(n,wn ,window) b=firl(n,wn,'ftype',window) n 为FIR 滤波器类型,比如高通、低通,window 为窗函数类型

低通滤波器的设计要求是:采样频率为100Hz, 通带截止频率为3Hz, 阻带截止频率为5Hz, 通带内最大衰减不高于0.5dB, 阻带最小衰减不小于50dB ,使用海明窗函数。确定N 的步骤有: 海明窗过渡带满足:△w ≥3.3(2π/N)

1. 从上表可查得海明窗的精确过渡带宽为6.6pi/N

2. 低通滤波器的过渡带是:DeltaW=Ws-Wp=(5-3)*pi*2/100=0.04pi

3.N=6.6pi/DeltaW=6.6pi/0.04pi=165

所以滤波器的阶数至少是

165

freqz 数字滤波器的频率响应

[H,W]=freqz(B,A,N) 当N 是一个整数时返回N 点的频率向量H 和N 点的幅频响应向量W ,N 最好选用2的整数次幂,便于使用FFT 进行快速算法。

H 为滤波器的复数放大倍数,w 为频率向量,只想获得放大倍数的幅值,可以用plot(w,abs(h))。如果是滤波器设计plot(w/pi,abs(h))

滤波器放大倍数,低频时为1,高频时为0,即低通滤波器

N个频率点均匀地分布在单位圆的上半圆上。如果N 没有确定则却缺省为512个点。 freqz(B, A, N) 将直接绘制频率响应图,而不返回任何值。

[H, W]=freqz(B, A, N, 'whole') 运用分布在整个单位圆上的N 个点。

H=freqz(B, A, W) 返回指定在W 向量中频率范围的频率响应,其中W 是以弧度为单位在[0, pi]范围内。

[H,F]=freqz(B, A, N, Fs), [H,F]=freqz(B, A, N, Fs) 这两个函数给出了采样频率Fs ,则返回频率向量F ,它们的单位都是Hz 。

invfreqz()是其逆函数,它运用最小二乘法从已知的频率响应中求出传递函数模型。

是一种信号的时间—尺度(时间—频率) 分析方法,它具有多分辨率分析

(Multi-resolutionAnalysis)的特点,而且在时频两域都具有表征信号局部特征的能力,是一种窗口大小固定不变,但其形状可改变,时间窗和频率窗都可以改变的时频局部化分析方法。即在低频部分具有较高的频率分辨率和较低的时间分辨率,在高频部分具有较高的时间分辨率和较低的频率分辨率,很适合于探测正常信号中夹带的瞬态反常现象并展示其成分,所以被誉为分析信号的显微镜。

在实际的信号处理过程中,尤其是对非平稳信号的处理中,信号在任一时刻附近的频域特征都很重要。如柴油机缸盖表面的振动信号就是由撞击或冲击产生的,是一瞬变信号,单从时域或频域上来分析是不够的。这就促使人们去寻找一种新方法,能将时域和频域结合起来描述观察信号的时频联合特征,构成信号的时频谱。这就是所谓的时频分析法,亦称为时频局部化方法。

小波分析和小波包的区别

小波包分解是在小波基础上发展的,比小波分解更高级,对信 号的分解重构更能体现多分辨率的特征

为了克服小波分解在高频段的频率分辨率较差,而在低频段的时间分辨率较差的缺点,人们在小波分解的基础上提出了小波包分解。小波包分解提高了信号的时频分 辨率。是一种更精细的信号分析方法。

由于多分辨率分析只对低频进行分解,对高频部分则保留不动,为了分析振动信号的高频部分,则用小波包分析,它对低频和高频部分进行再分解.

小波去噪

可以看出效果很好。

小波滤波器

语法:

[Lo_D,Hi_D,Lo_R,Hi_R]= wfilters('wname') [F1,F2]=wfilters('wname','type')

[Lo_D,Hi_D,Lo_R,Hi_R] = wfilters('wname') 计算'wname' 里的正交和双正交小波的四个滤波器 Lo_D, the decomposition low-pass filter 分解低通滤波器

Hi_D, the decomposition high-pass filter 分解高通滤波器

Lo_R, the reconstruction low-pass filter 重建低通滤波器

Hi_R, the reconstruction high-pass filter 重建高通滤波器

[F1,F2] = wfilters('wname','type') 返回一下滤波器:

模拟频率,数字频率,模拟角频率关系

模拟频率f:每秒经历多少个周期,单位为Hz, 即1/s;

模拟角频率Ω是指每秒经历多少弧度,单位rad/s

数字频率w:每个采样点间隔之间的弧度,单位rad

Ω=2*pi*f; w=Ω

*T

IIR 数字滤波器设计方法:

先根据已知带通参数求出最佳滤波器阶数和截止频率

[n,Wn]=buttord(Wp,Ws,Rp,Rs);

[n,Wn]=buttord(Wp,Ws,Rp,Rs,'s');

[b,a]=butter(n,Wn,'ftype','s')

Wp 为0-1之间,Ws 为阻带角频率,0-1之间。Rp 为通带波纹,或者通带衰减,Rs 为阻带衰减。

给出的是模拟频率fp1通带截止频率,fp2阻带截止频率,则Wp=fp1*2/fs,Ws=fp2*2/fs。

传统FIR 滤波器

函数FIRl 是采用经典窗函数设计线性相位FIR 数字滤波器,且具有标准低通、带通、高通和带阻等类型。函数调用格式:

b=firl(n,wn) b=firl(n,wn,'ftype') b=firl(n,wn ,window) b=firl(n,wn,'ftype',window) n 为FIR 滤波器类型,比如高通、低通,window 为窗函数类型

低通滤波器的设计要求是:采样频率为100Hz, 通带截止频率为3Hz, 阻带截止频率为5Hz, 通带内最大衰减不高于0.5dB, 阻带最小衰减不小于50dB ,使用海明窗函数。确定N 的步骤有: 海明窗过渡带满足:△w ≥3.3(2π/N)

1. 从上表可查得海明窗的精确过渡带宽为6.6pi/N

2. 低通滤波器的过渡带是:DeltaW=Ws-Wp=(5-3)*pi*2/100=0.04pi

3.N=6.6pi/DeltaW=6.6pi/0.04pi=165

所以滤波器的阶数至少是

165

freqz 数字滤波器的频率响应

[H,W]=freqz(B,A,N) 当N 是一个整数时返回N 点的频率向量H 和N 点的幅频响应向量W ,N 最好选用2的整数次幂,便于使用FFT 进行快速算法。

H 为滤波器的复数放大倍数,w 为频率向量,只想获得放大倍数的幅值,可以用plot(w,abs(h))。如果是滤波器设计plot(w/pi,abs(h))

滤波器放大倍数,低频时为1,高频时为0,即低通滤波器

N个频率点均匀地分布在单位圆的上半圆上。如果N 没有确定则却缺省为512个点。 freqz(B, A, N) 将直接绘制频率响应图,而不返回任何值。

[H, W]=freqz(B, A, N, 'whole') 运用分布在整个单位圆上的N 个点。

H=freqz(B, A, W) 返回指定在W 向量中频率范围的频率响应,其中W 是以弧度为单位在[0, pi]范围内。

[H,F]=freqz(B, A, N, Fs), [H,F]=freqz(B, A, N, Fs) 这两个函数给出了采样频率Fs ,则返回频率向量F ,它们的单位都是Hz 。

invfreqz()是其逆函数,它运用最小二乘法从已知的频率响应中求出传递函数模型。

是一种信号的时间—尺度(时间—频率) 分析方法,它具有多分辨率分析

(Multi-resolutionAnalysis)的特点,而且在时频两域都具有表征信号局部特征的能力,是一种窗口大小固定不变,但其形状可改变,时间窗和频率窗都可以改变的时频局部化分析方法。即在低频部分具有较高的频率分辨率和较低的时间分辨率,在高频部分具有较高的时间分辨率和较低的频率分辨率,很适合于探测正常信号中夹带的瞬态反常现象并展示其成分,所以被誉为分析信号的显微镜。

在实际的信号处理过程中,尤其是对非平稳信号的处理中,信号在任一时刻附近的频域特征都很重要。如柴油机缸盖表面的振动信号就是由撞击或冲击产生的,是一瞬变信号,单从时域或频域上来分析是不够的。这就促使人们去寻找一种新方法,能将时域和频域结合起来描述观察信号的时频联合特征,构成信号的时频谱。这就是所谓的时频分析法,亦称为时频局部化方法。

小波分析和小波包的区别

小波包分解是在小波基础上发展的,比小波分解更高级,对信 号的分解重构更能体现多分辨率的特征

为了克服小波分解在高频段的频率分辨率较差,而在低频段的时间分辨率较差的缺点,人们在小波分解的基础上提出了小波包分解。小波包分解提高了信号的时频分 辨率。是一种更精细的信号分析方法。

由于多分辨率分析只对低频进行分解,对高频部分则保留不动,为了分析振动信号的高频部分,则用小波包分析,它对低频和高频部分进行再分解.

小波去噪

可以看出效果很好。


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