滤波器的背（滤波器的背景）

发布时间：2023-05-11

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本文目录一览：

1、电源EMI滤波器的产生背景
2、急求：滤波器的发展背景是什么？
3、什么是图像滤波器，发展背景是怎样的？
4、滤波器的工作原理和作用是什么
5、滤波器的基本概念
6、滤波器的作用是什么

电源EMI滤波器的产生背景

在电子设备供电电源上，存在有各种各样的外来干扰信号。很多电子设备本身，在完成其功能同时，也产生了形形色色的EMI信号，以及人为和大自然的EMI信号。这些EMI信号，通过传导和辐射的方式，影响着该环境里运行的电子设备。

IBM公司（美）的一项研究表明：一台普通计算机装置每月都会遭受120多正纳次电源干扰，且电源问题是造成美国45%以上的计算机装置丢失数据和拿好发生故障的根本原因。其中脉冲干扰占39.5%，振荡瞬变占49%，这两项共占88.5%，是电源受到干扰的主要成分。电网中的负载切换、电网切换或其他各种故障都会使电网发生瞬变过程产生脉冲噪声，它通常也称瞬变噪声，其波形是一系列的单个脉冲或脉冲束。举敏没

针对以上电网瞬变电压的干扰以及EMI信号的传导干扰和某些辐射传导干扰，电源EMI滤波器消除它们的极有效的器件，而且，电源EMI滤波器还能提高设备（产品）对EMI的抗扰度，因而得到非常广泛的应用。

滤波器的背（滤波器的背景）

急求：滤波器的发展背景是什么？

随着大功率电子器数宽件的出现，谐波干扰已经是工业生产和科研事业发展的巨大的障碍，应衡伏运而生的滤波器产品也就派上用场，滤波器的发展前景是薯拦亮不可小视的，可以说凡有电子产品的地方必有滤波器产品。

什么是图像滤波器，发展背景是怎样的？

基本原理

图像受获取和存储、处理及各种干扰的影响，显示时画面上会出现噪声。为了减少噪声带来的负面影响，尽可能地还原干净真实的画面，就需要用到降噪滤波器对图像数据进行处理。

图像的噪声有多种类型。如加性噪声、乘性噪声、椒盐噪声、高斯噪声等。常见的降噪方法有在空间域进行的，也有将图像数据经过傅里叶等变换以后转到频域中进行的。其中频域里的滤波需要涉及复杂的域转换运算，相对而言硬件实现起来会耗费更多的资源和时间。在空间域进行的方法有均值或加权后均值滤波、中值或加权中值滤波、最小均方差值滤波和均值或中值的多次迭册厅代等。

实践证明，这些方法虽有一定的降噪效果，但都有其局限性。比如加权州早均值在细节损失上非常明显；而中值仅对脉冲干扰有效，对高斯噪声却无能为力。

事实上，图像噪声总是和有效数据交织在一起，若处理不当，就会使边界轮廓、线条等变得模糊不清，反而降低了图像质量。此外，由于各类噪声往往不是单一存在而是同时并存，所以单纯采用一种滤波器，往往达不到满意州迹隐的效果。

本文所述算法，就是针对这一问题，提出了一种新型的可同时滤除多种噪声的数字图像滤波器方法，其滤波效果优于单纯的某一种滤波器，同时计算量也不太复杂，硬件上较易实现。

滤波器的工作原理和作用是什么

1.基本原则滤波器由电感和电容组成的低通滤波电路构成，允许有用信号的电流通过，衰减较高频率的干扰信号。因为有两种干扰信号:差模和共模，所以滤波器应链档该衰减这两种干扰。有三个基本原则:(1)利用电容器高频低频隔离的特性，将火线和零线的高频干扰电流引入地线(共模)，或将火线的高频干扰电流引入零线(差模)；(2)利用电感的阻抗特性将高频干扰电流反射回干扰源；(3)利用干扰抑制铁氧体可以吸收某一频段的干扰信号并转化为热量的特性，可以根据干扰信号的频段，将合适的干扰抑制铁氧体磁环和磁珠直接套在待滤波的电缆上。过滤器形状2.过滤的概念滤波器是信号处理中的一个重要概念。滤波电路的作用是尽可能减小脉动DC电压的交流分量，保持其DC分量，降低盯尺输出电压的纹波系数，使波形更加平滑。滤波前后的波形一般来说，过滤可以分为古典过滤和现代过滤。经典滤波是基于傅立叶分析和变换的工程概念。根据高等数学的理论，任何满足一定条件的信号都可以看作是无限个正弦波的叠加。换句话说，工程信号是不同频率的正弦波的线性叠加，组成信号的不同频率的正弦波称为信号的频率分量或谐波分量。只允许某一频率范围内的信号分量正常通过，而阻止其他频率分量通过的电路称为经典滤波器或滤波电路。滤波时域和频域图在经典滤波和现代滤波中，滤波器模型其实是一样的(硬件滤波器并没有太大的进步)，但是现代滤波也加入了很多数字滤波的概念。3.主要参数带宽:指需要通过的频谱宽度，BW=(f2-f1)。F1和f2基于中心频率f0处的插入损耗。通带波纹:通带中插入损耗随频率的变化。1dB带宽内的带内波动为1dB。纹波:指在1dB或3dB带宽(截止频率)范围内，以损耗平均曲线为基础，插入损耗随频率波动的峰值。延迟(Td):指信号通过滤波器所需的时间，在数值上是传输相位函数对角频率的导数，即Td=df/dv。带内相位线性度:该指标表示滤波器在通带中引入传输信号的相位失真幅度。根据线性相位响应函数设计的滤波器具有良好的相位线性度。插入损耗:由于滤波器的引入导致电路中原始信号的衰减，表现为中心或截止频率处的损耗。如果需要全频带插入损耗，就要强调。回波损耗:端口信号输入功率与入射功率之比的分贝数(dB)，也等于20Log10ρ，其中ρ为电压反射系数。当输入功率被端口完全吸收时，回波损耗为无穷大。中心频率:滤波器通带的频率f0一般取为f0=(f1+f2)/2，f1和f2为带通或带阻滤波器左右相对减少1dB或3dB的边缘频率点。窄带滤波器通常以插入损耗最小点为中心频率来计算通带带宽。截止频率:指低通滤波器通带的右频点，高通滤波器通带的左频点。一般用相对损耗点1dB或3dB来定义。相对损耗的参考标准是:低通基于DC处的插入损耗，高通基于无寄生阻带的高通带频率处的插入损耗。带内驻波比(VSWR):衡量滤波器通带内信号与传输是否匹配良好的重要指标。理想VSWR=1:1，不匹配时VSWR1。对于一个实际的滤波器，VSWR1)，KxdB=BWxdB/BW3dB，(x可以是40dB，30dB，20dB等。)都满足了。滤波器的阶数越多，矩形越高——也就是说，k越接近理想值1，就越难制作。4.作用(1)分离有用信号和噪声，提高信号的抗干扰性和信噪比；(2)滤除不感兴趣的频率成分，提高分析精度；(3)从复杂的频率分量中分离出单个频率分量。过滤器形状图5过滤器形状使用滤波器用于改善电源质量，提高电路的线性度，减少各种杂波、非线性失真干扰和谐波干扰。对于武器系统，使用过滤器的地方有:(1)除了安装在主配电系统和配电系统上的电力滤波器外，还应在进入设备的电源棚则乱上安装滤波器。最好使用线对线滤波器，而不是线对地滤波器。(2)对脉冲干扰和瞬态干扰敏感的设备，当采用隔离变压器供电时，应在负端装设滤波器。(3)向含有电爆炸装置的武器系统供电时，应加装滤波器。必要时，电爆炸装置的引线还应装有滤波器。(4)在每个子系统或设备之间的接口处，应有一个滤波器来抑制干扰，保证兼容性。(5)对于设备和子系统的控制信号，应在输入和输出端增加滤波器或旁路电容。本文概述了该过滤器的原理、过滤概念、参数、功能及注意事项。过滤器有很多种，每种过滤器都有不同的性能特征。因此，在选择滤网时，通常需要综合考虑客户的实际使用环境及其性能要求，才能做出正确、有效、可靠的选择。

滤波器的基本概念

滤波的实现可以利用模拟电滤波器，也可以利用数字滤波。过去，无论野外采集还是室内处唯做薯理都采用由电阻、电感、电容等电器元件组成的模拟电滤波器。模拟电滤波器存在着严重的缺点，其结构比较复杂，改变滤波器的特性比较困难，而且还存在着不需要的相位移等。数字滤波利用数学运算的方法实现滤波，简单、方便，目前室内滤波处理已广泛采用数字滤波的方法。

一个原始信号通过某一装置后变为一个新信号的过程称为滤波。原始信号称为输入，新信号称为输出，该装置则叫做滤波器。从广义上讲，任何一个过程和系统都可以称为滤波器。所谓“信号”、“装置”的概念亦应当广义地理解，可能是具体的（如电流信号和电感、电容、电阻等元件组成的“装置”），也可能是抽象的（如数和数学运算）。

1.线性时不变滤波器的响应特征和滤波机理

滤波器的种类十分繁多，地震勘探中最为常用的是线性时不变滤波器。

1）线性时不变滤波器的概念

滤波器对输入信号的改造作用可分为线性的和非线性的两大类型，简单地定义：线性滤波器是其特性与输入的性质、极性和大小都无关的滤波器，并且输出信号只包含输入信号所拥有的成分，不会有新的成分出现；非线性滤波器的特性则与之相反。

线性滤波器的基本性质是满足叠加原理和正比定理。设不同的信号x1 （t）、x2 （t）……分别输入到滤波器，输出为y1 （t）、y2 （t）……现在如果输入信号为

x（t）＝ax1（t）＋bx2（t）＋… （4-2-1）

其中a、b为任意常数，则输出必为

y（t）＝ay1（t）＋by2（t）＋… （4-2-2）

因为线性运算比非线性运算容易得多，故线性滤波器比非线性滤波器简单得多。

时不变性质即滤波器对输入信号的改造作用与时间无关。换言之，当输入为x（t）时滤波器的输出为y（t）。若输入为x（t-τ）则输出正好是y（t-τ），它与时移大小τ无关。

2）滤波器的响应特性

对滤波器滤波能力的最普遍度量是其响应特性。从经典通信论的观点来看，不考虑滤波器的内部结构，只从其输入、输出间关系定义出的滤波器特性称为响应函数。

时间函数之间的运算称为时间域运算。时间域中的响应函数称为脉冲响应，或称滤波器的时间函数、权函数或滤波因子。它定义为对单位脉冲δ（t）输入所得到的输出h（t）。

一个时间函数经傅里叶变换后可以得到其频谱，或称之为频率域中的函数。频率域函数之间的运算称为频率域运算。频率域中的响应函数称为频率响应，或称滤波器的频率特性、传递函数或转移函数。它是脉冲响应h（t）的傅里叶变换H（ω），也可以看作是输出信号的频谱与输入信号的频谱之比。一般来说它是复变函数，可以写成指数形式：

地震波场与地震勘探

其中：|H（ω）|称为滤波器的振幅特性，它影指者响输入信号的振幅谱；ϕh （ω）称为滤波器的相位特性，它对输入信号的相位谱产生改造作用。

3）线性时不变滤波器的滤波机理

线性时不变滤波器在时间域中滤波作用的实现用输入信号x（t）与滤波器的脉冲响应h（t）的褶积运算表示

地震波场与地震勘探

而在频率域中则表示为输入信号的频谱X（ω）与滤波器的传输函数H（ω）相乘：

Y（ω）＝X（ω）H（ω）（4-2-5）

因此，输出信号的振幅谱和相位谱分别为

地震波场与地震勘探

因为傅里叶变换是可逆的，故频率域运算与时间域运算完全等价。在两个域中表示的滤波机理归结如下：

地震波场与地震勘探

线性时不变滤波器的时间域滤波机理可以这样来理解：将输入想像为在采样瞬间由函数值确定其大小的一个脉冲序列；该序列的每个脉冲均使滤波器产生相应的脉冲响应；根据线性时不变性质，输入为所有单个脉冲之和组成的脉冲序列，则输出由所有这些胡祥单个脉冲的响应叠加组成。这一点通过数值褶积的物理过程（图4-2-1）可以看得很清楚。

图4-2-1 数值褶积的物理过程

其中hn＝（1，-1，0.5）

线性时不变滤波器的频率域滤波机理更容易理解，即对输入信号中的不同频率成分用不同的权系数值相乘，结果组成输出信号的频谱。

利用Z变换的形式表示数字滤波的作用十分方便。若输入（xi）、输出（yi）和脉冲响应（hi）及其Z变换分别为

地震波场与地震勘探

用Z变换表示滤波过程则有：

Y（Z）＝X（Z）H（Z）（4-2-6）

从形式上看，它与频率域滤波作用一样，是乘积。从多项式相乘的运算来看，它又与时间域滤波的运算一样，是褶积运算。因此，它同时表示了两个域中的滤波作用，是一种十分方便的表达形式。

2.滤波器的稳定性和物理可实现性

当输入信号为有限，其输出信号也为有限时，这种滤波器就是稳定的。即：若存在一个正数L，使得输入信号x（t）满足|x（t）|≤L，也有一个正数M，使得输出信号y（t）满足条件|y（t）|≤M，则此滤波器是稳定的。

对滤波器的一个基本要求是“稳定”，不稳定的滤波器无法使用。

滤波器稳定的充要条件是：

地震波场与地震勘探

满足因果律（即输入之前不会产生输出）的滤波器称为物理可实现的。滤波器是物理可实现的充要条件是：

h（t）≡0 当 t ＜ 0时（4-2-8）

物理滤波器（包括电滤波器）都是物理可实现的，数字滤波器则不然。

对于Z变换为多项式的滤波器来说，分析其稳定性和物理可实现性比较方便。Z变换为有理分式的滤波器（例如A（Z）＝1/B（Z））则比较复杂，只有求出其分母多项式的全部根才能做出判断：当所有的根均不在单位圆（|Z|＝1）上时，这个滤波器是稳定的；当所有的根都在单位圆外时，这个滤波器是物理可实现的。

3.滤波器的分类

可以有多种方式对滤波器进行分类。按滤波器的性质（即响应函数）划分，可分为

1）无畸变滤波器。

振幅特性为常数，相位特性是线性的滤波器称为无畸变滤波器。这种滤波器不改变输入信号的波形，它的频率响应为

，其中a0、t0均为常数，故：

地震波场与地震勘探

2）相位畸变滤波器（纯相位滤波器、全通滤波器）

它只改变输入信号的相位谱，振幅谱形状不变。其振幅特性为常数|H（ω）|＝a0，但相位特性不是线性的。

3）振幅畸变滤波器

这种滤波器的振幅特性|H（ω）|不是常数，而且实际工作中总是希望滤波时不使信号产生相位畸变或相位移。这样的滤波器叫做零相位滤波器，即ϕh（ω）＝0，H（ω）＝|H（ω）|。

因为H（ω）＝|H（ω）|，而|H（ω）|≥0，故H（ω）必为非负的实函数。

又因为输入、输出均为实时间函数，故h（t）也必定是实时间函数。由傅里叶变换性质可知，实时间函数的频谱具有共轭性质，即

。因H（ω）本身是实函数，实函数的共轭为其自身，即

，故有H（ω）＝H（-ω），说明H（ω）是偶函数。

因此，零相位滤波器的频率响应函数H（ω）是非负的实偶函数。

由傅里叶变换的性质可知，非负的实偶函数H（ω）所对应的时间函数h（t）必为实偶函数，即h（t）＝h（-t）。因此，零相位滤波器必定为物理不可实现的滤波器。

电滤波器是物理可实现的，绝不可能成为零相位滤波器。所以，电滤波器必定会使信号发生相位畸变，这正是它的缺点之一，而数字滤波可以实现零相滤波。

4.子波的相位延迟性质

信号处理中定义具有确定的起始时间和有限能量的信号为子波。一个稳定的滤波器的脉冲响应h（t）一般是一个具有确定的起始时间和有限能量的信号，亦可以看成为是一个子波。由此可见，子波的概念与滤波器的特性密切相关。有关子波性质的分析、分类方式等问题的讨论完全可以用于滤波器的脉冲响应上，反之亦然。

地震勘探领域中子波指的是通常由一个半到二个周期组成的地震脉冲。前已谈过，从广义上讲，任何一个过程均可以称为“滤波”。地震勘探中往往将地下非完全弹性介质对震源脉冲的改造作用称为“大地滤波”，大地滤波器的脉冲响应就称为“子波”或“地震子波”。

有关子波的性质中，最具重要意义的是其相位延迟性质。

在频率域中，子波 b（t）可以通过傅里叶变换表示成它的振幅谱|B（ω）|和相位谱φ（ω）。如果采用负的相位谱ψ（ω），则叫做相位延迟谱。即

地震波场与地震勘探

相位延迟谱的大小代表了子波的相位延迟性质。

子波的起始时刻通常是零时刻，即子波一般是物理可实现的。特别是地震子波，作为一个物理滤波器的响应函数，自然是物理可实现的。正如前述，物理可实现的子波必定是非零相子波，必有相位延迟，但不同子波的相位延迟不同。相位延迟性质对于具有相同振幅谱的子波的分类具有重要的意义。

图4-2-2 Z平面上零点位置指示子波延迟性质

在所有物理可实现的、具有相同振幅谱的子波中，总有一个子波的相位延迟谱相对于其他子波的相位延迟谱而言为最小，这个子波称为最小相位子波。同样，还有一个子波的相位延迟谱相对来说最大，称为最大相位子波。其他子波都是混合相位子波。

利用Z变换可以方便地判断子波的相位延迟性质。子波（b0，b1，…，bn）的Z变换是一个多项式：B （Z）＝b0＋b1Z＋b2Z2＋…＋BnZn。对此多项式求取全部零点（即根）。若全部零点均在单位圆外，则此子波为最小相位子波；若全部零点都在单位圆内，则是最大相位子波；如果零点在单位圆的内、外都有，则这个子波就是混合相位子波（图4-2-2）。