滤波器中的窗口


在设计有限脉宽响应的滤波器中,除了之前提过的等波纹滤波器去,还可以使用窗函数实现滤波器。

matlab下使用fdatool,使用窗函数设计FIR滤波器,截止频率下衰减默认为6分贝。

部分窗函数如下:

具体窗函数的实现形式,这里不再赘述。


矩形窗特点:矩形窗使用最多,习惯上不加窗就是使信号通过了矩形窗。这种窗的优点是主瓣比较集中,缺点是旁瓣较高,并有负旁瓣,导致变换中带进了高频干扰和泄漏,甚至出现负谱现象。频率识别精度最高,幅值识别精度最低,所以矩形窗不是一个理想的窗。

应用:如果仅要求精确读出主瓣频率,而不考虑幅值精度,则可选用矩形窗,例如测量物体的自振频率等,也可以用在阶次分析中。

所谓主瓣,是指最大辐射的波束,主瓣旁边的小波束叫做旁瓣。


汉宁窗特点:主瓣加宽并降低,旁瓣则显著减小,从减小泄漏观点出发,汉宁窗优于矩形窗。但汉宁窗主瓣加宽,相当于分析带宽加宽,频率分辨力下降。它与矩形窗相比,泄漏、波动都减小了,并且选择性也提高。

应用:汉宁窗是很有用的窗函数。如果测试信号有多个频率分量,频谱表现的十分复杂,且测试的目的更多关注频率点而非能量的大小,需要选择汉宁窗。如果被测信号是随机或者未知的,选择汉宁窗。


海明窗特点:与汉宁窗都是余弦窗,又称改进的升余弦窗,只是加权系数不同,使旁瓣达到更小。但其旁瓣衰减速度比汉宁窗衰减速度慢。

应用:与汉明窗类似,也是很有用的窗函数。


高斯窗特点:是一种指数窗。主瓣较宽,故而频率分辨力低;无负的旁瓣,第一旁瓣衰减达一55dB。常被用来截短一些非周期信号,如指数衰减信号等。

应用:对于随时间按指数衰减的函数,可采用指数窗来提高信噪比。


布莱克曼窗特点:二阶升余弦窗,主瓣宽,旁瓣比较低,但等效噪声带宽比汉宁窗要大一点,波动却小一点。频率识别精度最低,但幅值识别精度最高,有更好的选择性。

应用:常用来检测两个频率相近幅度不同的信号。


平顶窗特点:平顶窗在频域时的表现就象它的名称一样有非常小的通带波动。

应用:由于在幅度上有较小的误差,所以这个窗可以用在校准上。


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作者:杭州卿萃科技ALIFPGA

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