基于LabVIEW的优化滤波方法研究

论文摘要

本文以滤波技术飞速发展,小波滤波优越性的凸现,以及虚拟仪器的易操作等良好特性为背景,以简单易行和滤波效果良好为研究目的,展开本文信号滤波处理的研究工作。在深入研究三种小波滤波方法原理和优缺点的基础上,本文提出了一种新的优化滤波方法,包括以下三个方面:首先,将静态小波变换(SWT)应用于滤波处理。利用SWT的平移不变性和冗余性来进行含噪信号的分解,这样不仅弥补了正交小波变换的不足,而且提高了滤波性能。然后,提出了基于空域相关的优化阈值函数滤波算法。该算法把小波系数间的相关性应用于阈值滤波。它是在构造出基于空域相关的显著性函数和基于显著性函数的阈值滤波过程的基础上,提出了基于空域相关的优化阈值函数,并且把极小化广义交叉验证(GCV)得到均方差(MSE)意义下的最优阈值作用于该优化阈值函数。该滤波算法不仅实现了噪声的有效去除,而且信号的重要特征也保留完好;最后,引入了新型锁相环——正交锁相环(QPLL)。鉴于QPLL不仅具有锁定范围宽、入锁速度快、锁定后精度高的性能,而且还具有良好的抑制谐波、噪声的能力,以及对波形畸变不敏感等良好特性,所以QPLL的引入达到了信号锁定和优化滤波的目的,使优化滤波方法的设计更具新意,而且取得了更好的滤波效果。为了验证优化滤波方法,本文搭建了实验平台,它是由FPGA信号采集部分和LabVIEW软件滤波处理两个部分构成。通过传感器采集信号,经过A/D转换后送入FPGA。以FPGA为CPU控制A/D转换,并进行波形数据缓存,在接收到LabVIEW的命令后,将存储的数据送给串口。在LabVIEW中,从串口检测所需的波形数据,然后通过优化滤波方法将数据进行滤波处理,最后在前面板中把实验结果显示出来。实验结果表明,该优化滤波方法不仅能实现优良的滤波功能,而且简单易行,是一种有效的滤波方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 虚拟仪器及其特点介绍
• 1.1.1 虚拟仪器简介
• 1.1.2 虚拟仪器的特点
• 1.2 滤波技术的发展
• 1.3 滤波技术虚拟实现的意义
• 1.4 论文的工作内容和结构
• 第二章 小波滤波理论基础
• 2.1 引言
• 2.2 小波理论发展简史
• 2.3 小波滤波理论及其数学模型
• 2.4 基本小波滤波方法
• 2.4.1 空域相关滤波方法
• 2.4.2 模极大值重构滤波方法
• 2.4.3 小波域阈值滤波方法
• 2.4.4 三种滤波方法的比较
• 2.5 三个关键性问题
• 2.5.1 小波基的选择
• 2.5.2 Mallat算法
• 2.5.3 显著性函数
• 2.6 本章小结
• 第三章 优化滤波方法的提出与仿真验证
• 3.1 静态小波变换（SWT）
• 3.2 基于空域相关的优化阈值函数滤波算法
• 3.2.1 基于空域相关的显著性函数的构造
• 3.2.2 基于显著性函数的硬阈值滤波过程
• 3.2.3 基于空域相关的显著性函数的阈值滤波
• 3.2.4 优化阈值函数
• 3.2.5 优化阈值估计
• 3.3 优化阈值函数—QPLL滤波
• 3.3.1 锁相环的发展
• 3.3.2 优化锁相环——QPLL
• 3.3.3 引入QPLL的意义
• 3.4 优化滤波方法的仿真验证
• 3.4.1 SWT的仿真验证
• 3.4.2 基于空域相关的优化阈值函数滤波算法的仿真验证
• 3.4.3 QPLL的仿真验证
• 3.5 本章小结
• 第四章 优化滤波方法的实验设计
• 4.1 优化滤波方法实验系统的构成
• 4.2 FPGA的设计
• 4.2.1 FPGA简介
• 4.2.2 FPGA整体设计
• 4.2.3 前端电路的设计
• 4.2.4 控制电路的设计
• 4.3 LabVIEW设计
• 4.3.1 LabVIEW简介
• 4.3.2 LabVIEW设计模块
• 4.4 实验结果显示与分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 结束语
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢