數(shù)字信號(hào)處理課程設(shè)計(jì)報(bào)告地震信號(hào)的干擾去除

1、數(shù)字信號(hào)處理課程設(shè)計(jì)報(bào)告 課設(shè)題目： 地震信號(hào)的干擾去除 學(xué) 院： 信息科學(xué)與工程學(xué)院 專 業(yè)： 電子與信息工程 班 級(jí)： 電信二班 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 070250212 指導(dǎo)教師： 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）2010 年7月14日 不要?jiǎng)h除行尾的分節(jié)符，此行不會(huì)被打印哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）課程設(shè)計(jì)報(bào)告目 錄 一. 課程設(shè)計(jì)任務(wù)1 二. 課程設(shè)計(jì)原理及設(shè)計(jì)方案2 三. 課程設(shè)計(jì)的步驟和結(jié)果3 四. 課程設(shè)計(jì)總結(jié)4 五. 設(shè)計(jì)體會(huì)5 六. 參考文獻(xiàn)6 - 11 -哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）課程設(shè)計(jì)報(bào)告一. 課程設(shè)計(jì)任務(wù)1. 自行產(chǎn)生10m采樣點(diǎn)數(shù)，截至帶寬為40hz的符合要求的信號(hào)，放在文檔中（至少要

2、產(chǎn)生三個(gè)）。2. 由于在地震信號(hào)的采集中往往摻雜工頻信號(hào)，設(shè)計(jì)一個(gè)濾波器將工頻信號(hào)濾去。3. 設(shè)計(jì)一個(gè)低通fir濾波器對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，由于信號(hào)較大，為了加快分析的速度，要采用學(xué)過的分段方法進(jìn)行分段分析。4. 采用gui頁面，方便操作。5. 寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。二. 課程設(shè)計(jì)原理及設(shè)計(jì)方案 截至頻率為40hz的地震信號(hào)可以由正弦信號(hào)的線性相加得到，然后利用matlab中計(jì)算出的和得到文本文檔保存，即可得到“保存的地震信號(hào)”。 對(duì)工頻信號(hào)的濾除可以用陷波濾波器。而陷波濾波器又分自適應(yīng)、小波變換、模板匹配濾波器.同時(shí)實(shí)現(xiàn)fir設(shè)計(jì)陷波濾波器又有窗函數(shù)法、切比雪夫逼近法、頻率抽樣法。本設(shè)計(jì)采用窗函數(shù)法，窗函數(shù)

3、簡(jiǎn)單實(shí)用，且在設(shè)計(jì)中要先構(gòu)造出低通濾波器在后續(xù)中也可能用到。 低通濾波器可以將40hz以上的頻率濾除。為了比較各個(gè)濾波器的優(yōu)劣，本設(shè)計(jì)采用了三個(gè)典型的濾波器。其中觀察傅里葉變換所得頻域的結(jié)果更能明顯看出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。傅利葉變換原理 卷積 由于信號(hào)的時(shí)寬帶寬積為一常數(shù)，所以主瓣寬度與窗口寬度成反比，n越大，的主瓣越窄。同時(shí)窗的形狀也對(duì)傅里葉頻譜有影響，比如吉布斯效應(yīng)。雖然頻率分辨率很高但由于第一旁瓣的衰減很小但是求得的與的偏差較大。所以対窗的選擇要根據(jù)實(shí)際需要選擇合適的窗及其大小形狀。 而在設(shè)計(jì)中對(duì)大量信號(hào)的處理為了加快處理熟讀我們可以用分段卷積：分段卷積可以分為重疊相加法和重疊保留法。 重疊相加法

4、：設(shè)h（n）的長(zhǎng)度為m，x（n）的長(zhǎng)度為n，將長(zhǎng)序列x按如下方法分： 根據(jù)卷積分配率： 因此分段后，h與x 的卷積可以認(rèn)為是x的各個(gè)子段與h的卷積之和。 function y=ovrlpadd(x,h,nfft) lenx=length(x); m=length(h); m1=m-1; n=nfft-m+1; x=x,zeros(1,n-1); k=floor(lenx+nfft-1);for i=0:1:k ix=i*n; xseg=x(ix+1:ix+n); yseg=circonv(xseg,h,nfft); y(ix+1:ix+nfft)=y(ix+1:ix+nfft)+yseg(1:

5、nfft);y=y(1:lenx+m-1);重疊保留法：同樣將序列x（n）按如下方式分成長(zhǎng)度為l的字段： 即每個(gè)子段之間有m-1哥點(diǎn)重疊。將分段后的x與h卷積之和即為結(jié)果。 三. 課程設(shè)計(jì)的步驟和結(jié)果1.信號(hào)的產(chǎn)生 根據(jù)傅里葉變換，任何函數(shù)都可以寫作正弦函數(shù)的疊加，所以地震信號(hào)可以用頻率不同的正弦信號(hào)疊加得到。在matlab的workplace區(qū)有使用的所有變量的值，將所需要的值復(fù)制到文檔里，比如txt文檔，然后保存。由于變量在matlab中以矩陣的形式存在，所以保存在文檔里的數(shù)據(jù)也是矩陣。fs=str2double(get(handles.fs,string); 時(shí)域信號(hào) 頻域信號(hào)2. 陷波

6、濾波器的設(shè)計(jì) 由于要求的地震信號(hào)的截至頻率為40hz，而在實(shí)際地震的信號(hào)的獲取時(shí)，工頻信號(hào)的存在在所難免因此要設(shè)計(jì)一個(gè)陷波濾波器濾除50hz的信號(hào)。 利用matlab設(shè)計(jì)fir濾波器的方法有窗函數(shù)法、頻率抽樣法和切比雪夫逼近法等，但窗函數(shù)法我們比較熟悉且簡(jiǎn)單實(shí)用。 窗函數(shù)思想：根據(jù)要求選擇適當(dāng)?shù)睦硐氲屯V波器，由于理想低通濾波器得脈沖響應(yīng)是非因果且無限長(zhǎng)，用最優(yōu)化窗函數(shù)來截取就可以達(dá)到目標(biāo)。 function hd=ideal(wc,m) a=(m-1)/2; n=0:(m-1); m=n-a+0.000001; hd=sin(wc*m)./(pi*m); 以上為一個(gè)低通濾波器，wc為歸一化截

7、止角頻率，m為階數(shù)。陷波濾波器可以看做是一個(gè)低通濾波器加上一個(gè)高通濾波器，而高通濾波器有可以由全通濾波器減去一個(gè)低通濾波器得到。 去除工頻信號(hào)后的波形3. 低通濾波器的設(shè)計(jì)fir濾波器的設(shè)計(jì)問題實(shí)際上就是用要求設(shè)計(jì)的fir濾波器的頻率響應(yīng)h（w）去逼近所要求的理想濾波器的響應(yīng)hd（w）。從單位取樣序列來看，就是使所涉及的濾波器的h（n）逼近單位取樣響應(yīng)序列hd（n）。既 由于理想低通濾波器 ，其單位取樣響應(yīng)hd（n）是無限長(zhǎng)的，是非因果序列。因此為了構(gòu)造有限長(zhǎng)度的線性濾波器需要將理想濾波器截取一段，這可以用理想低通濾波器與一個(gè)窗函數(shù)相乘得到。窗函數(shù)可以有矩形窗、漢寧窗、海明窗、布萊克曼窗等。窗

8、函數(shù)的要求為： a.窗譜主瓣盡可能窄，可以獲取較陡的過渡帶 b.盡量減小窗譜的最大旁瓣的相對(duì)幅度；即使能量集中于主瓣，使肩峰和波紋減小，增大阻帶的衰減。 本設(shè)計(jì)采用以下三種： 凱賽窗： rp=1;rs=-100;fcuts=39.8 40.2;rp為通帶衰減，rs為阻帶衰減，fcuts為過渡帶寬度。而對(duì)于凱賽窗可以直接調(diào)用matlab中的函數(shù)。n,wn,beta,ftype=kaiserord(fcuts,mags,devs,fs);hh=fir1(n,wn,ftype,kaiser(n+1,beta);y=fft(p1);x=fftfilt(hh,p1); 凱賽窗頻率響應(yīng) 經(jīng)過低通濾波器后的

9、頻譜布萊克曼：fp1=39; n=2*ceil(12*pi/(ws1-wp1)/2); window=blackman(n+1); wn=(wp1+ws1)/2; bf1=fir1(n,wn/pi,low,window); output1=fftfilt(bf1,p1); x=fft(output1); 布萊克曼窗函數(shù)頻率響應(yīng) 漢寧窗 bf2=fir1(n-1,wc,low,hanning(n); output2=fftfilt(bf2,p1); x=fft(output2); 漢寧窗頻率響應(yīng) 4 課程設(shè)計(jì)總結(jié) matlab是一款強(qiáng)大的軟件：其基本數(shù)據(jù)單位是矩陣,比c，fortran等語言完成

10、相同的事情簡(jiǎn)捷，迅速。同時(shí)matlab 的應(yīng)用范圍非常廣，包括信號(hào)和圖像處理、通訊、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、測(cè)試和測(cè)量、財(cái)務(wù)建模和分析以及計(jì)算生物學(xué)等眾多應(yīng)用領(lǐng)域。 很多情況下對(duì)于濾波器的選擇都要根據(jù)實(shí)際情況、成本、物理環(huán)境等等其他因素綜合考慮。比如有寫濾波器可能精度高但是成本高，而在很多高科技領(lǐng)域（軍事、航天等）可忽略成本。 大多數(shù)濾波器的原理是相通的，比如由高通濾波器可由全通濾波器減去低通濾波器，陷波濾波器可以看做是一個(gè)低通濾波器加上一個(gè)高通濾波器。 五設(shè)計(jì)體會(huì)由于平時(shí)很少使用matlab進(jìn)行這類復(fù)雜的設(shè)計(jì)，所以一開始的困難時(shí)在所難免得，但是感覺萬事開頭難，當(dāng)你找到方向時(shí)問題就會(huì)迎刃而解。在很多情況下真本事是很重要的，在此次課程設(shè)計(jì)中有很多東西都要從網(wǎng)上找，但是找到的東西要么有錯(cuò)誤要么就不適合，需要自己修正。這就需要我們懂的基礎(chǔ)知識(shí)，把別人的東西掌握并能活學(xué)活用。六參考文獻(xiàn)具體格式參考如下：1， 余成波楊如民等編著 數(shù)字信號(hào)處理及matlab實(shí)現(xiàn)清華