数字存储示波器的数字滤波和内插技术

论文摘要

数字存储示波器是对各种复杂信号进行分析和测试的强有力的工具。对于数字存储示波器而言,除了要求有高的实时采样速率外,还要求有较高的波形分析细节。能否恢复和重建原信号对于数字存储示波器十分重要,而要做到这一点就要靠数字信号处理技术在数字存储示波器中的应用。本文主要研究了高速数字存储示波器中的数字信号滤波和内插程序的设计及实现。滤波器设计是数字存储示波器的核心问题之一,本文讨论了窗函数法和一种基于等波纹切比雪夫逼近准则的FIR数字滤波器的最优化设计方法。通过对窗函数和切比雪夫等波纹优化设计两种FIR数字滤波器的设计结果比较发现,在同样阶数下,优化设计具有通带和阻带平坦,过渡带窄等优点。MATLAB仿真表明,设计结果的各项性能指标均达到指定要求,设计过程简便易行。本文还讨论了插值算法在数字存储示波器中的应用。数字存储示波器在快时基档位工作时,由于实时采样率不够,仅能采集信号的的少数样点,为了重构信号,必须进行插值。通过编程和仿真比较了三次样条插值、分段线性插值、三次插值、最邻近插值对几种不同波形的恢复结果,并计算和分析了相关的均方误差。考虑实际待测的信号的不可知性和复杂性,并权衡精度与速度,当待插信号的点数小于100点时,选用三次样条插值;当待插信号的点数不小于100点时,采用三次插值法。MATLAB仿真表明,设计结果的各项性能指标均达到指定要求,设计过程简便易行。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 数字存储示波器原理及其结构
• 1.2 数字存示波器的发展与数字信号处理的应用
• 1.3 开发环境介绍
• 1.4 论文课题任务解析
• 第二章 数字存储示波器滤波和插值原理
• 2.1 数字存储示波器软件的功能框架
• 2.2 波形数据采集
• 2.2.1 信号取样方式
• 2.2.2 时基设置
• 2.3 数字信号滤波原理
• 2.3.1 数字滤波器在数字存储示波器中的作用
• 2.3.2 数字滤波器选型
• 2.3.3 FIR 滤波器的设计方法比较
• 2.3.4 FIR 滤波器线性相位条件
• 2.3.5 FIR 滤波器自我调节能力
• 2.4 数字信号内插原理
• 2.4.1 信号的抽样
• 2.4.2 对已抽样信号的还原
• 2.4.3 几种内插算法
• 第三章 数字存储示波器滤波和插值的实现
• 3.1 数字滤波器
• 3.1.1 数字滤波器的算法描述
• 3.1.2 数字滤波器的实现
• 3.1.3 数字滤波器实现的程序流程图
• 3.1.4 数字滤波器的特性仿真分析
• 3.2 四种内插算法仿真图
• 3.3 四种内插算法性能比较
• 第四章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录 部分程序
• 在学期间的研究成果