ПРЕОБРАЗОВАНИЕ И ОБРАБОТКА ДИСКРЕТНЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИГНАЛОВ, ЦИФРОВЫЕ ФИЛЬТРЫ

Преобразование и обработка дискретных (цифровых) сигналов, как правило, сопровождается изменением их частотного спектра и других характеристик. В связи с чем цифровую систему, предназначенную для преобразования и обработки дискретных сигналов принято называть цифровым фильтром.

Цифровой фильтр может быть реализован программным методом на ЭВМ или с помощью специальных аппаратных средств. При этом в каждом из этих случаев цифровой фильтр можно применять для фильтрации сигналов в реальном времени или для фильтрации предварительно записанных сигналов, которая осуществляется с помощью блока памяти, являющегося обязательным элементом цифрового фильтра.

Цифровые устройства (цифровые фильтры), являясь подобными по выполняемым функциям аналоговым устройствам (преобразование, обработка и фильтрация сигналов) обладают в случае их программной реализации по сравнению с ними следующими преимуществами:

- высокая точность реализации заданных частотных или других характеристик и алгоритмов функционирования;

-высокая надежность работы из-за нечувствительности к изменению и дрейфу амплитуды цифровых сигналов;

-возможность получения самых разнообразных АЧХ и ФЧХ, других характеристик и алгоритмов функционирования;

-простота перестройки параметров фильтров или алгоритмов обработки, что позволяет создавать программируемые и адаптивные фильтры и алгоритмы функционирования.

Основным недостатком цифровых фильтров и устройств преобразования и обработки цифровых сигналов является их относительно высокая стоимость, хотя с развитием микропроцессорной техники их стоимость непрерывно снижается.

Основным техническим показателем цифровых фильтров и устройств обработки дискретных сигналов является быстродействие. В начале 70-х годов предельная частота сигналов, обрабатываемых с помощью цифровых устройств, составляла несколько кГц, в настоящее время - десятки, сотни и даже тысячи кГц.

Цифровое устройство преобразования и обработки (например, цифровой фильтр), как и аналоговые можно представить в виде системы (аппаратура или программа ЭВМ), содержащей множество элементов, которая преобразует последовательность числовых отсчетов входного сигнала х(кΔ)=х_к в последовательность числовых отсчетов выходного сигнала у(кΔ)=у_к. Таким образом, цифровое устройство преобразования и обработки (ЦУПиО), например, цифровой фильтр (ЦФ) можно представить в виде модели, приведенной на рис. 5.1

Рис. 5.1. Обобщенная модель цифрового устройства преобразования и

обработки (цифрового фильтра)

На рис. 5.1. через х(кΔ) обозначены отсчетные значения в виде числовой последовательности {х_к}=[х₀, х₁,…, х_к,…] входного дискретного сигнала х_д(t); y(kΔ) – отчетное значение (числовая последовательность {Y_к}=[y₀, y₁,…, y_к,..]) выходного дискретного сигнала y_д(t).

Процесс определения реакции цифрового устройства (фильтра) на заданное входное воздействие {X_к}=[х₀, х₁,…, х_к,…] является задачей анализа цифрового фильтра. Процесс разработки схемы или алгоритма работы цифрового фильтра с целью получения желаемых реакций на заданное воздействие называется проектированием цифрового фильтра, т.е. задачей синтеза.