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汽车超载检测仪的 IIR 滤波器设计及仿真 罗健宾 郭勇 （ 成都理工大学 信息工程学院 四川省成都市 610059） 摘要 :数字滤波技术是数字信号处理的一个重要组成部分,数字滤波器的设 计是汽车超载快速检测仪中数字信号处理的核心部分。本文根据 IIR 滤波器 的设计原理,提出了基于 MATLAB 环境下汽车超载快速检测仪的 IIR 滤波器设 计方法。文中给出了 IIR 滤波器设计实例,仿真结果表明设计的各项性能指标 均达到了该检测仪的指定要求。 关键词：IIR 数字滤波器 MATLAB 1 引言 在设计汽车超载快速检测仪中，充分考虑到车辆在动态称重时，作用在 平台上的力除真实轴重外，还有许多因素产生的干扰力，如：车速、车辆自 身谐振、路面激励、轮胎驱动力等，给动态称重实现高精度测量造成很大困 难。若在消除干扰的过程中采用模拟方法滤波，参数则不能过大，否则将产 生过大的延迟导致不能实现实时处理，从而造成滤波后的信号仍然含有相当 一部分的噪声，所以必须采用数字滤波消除干扰。 在数字信号处理中,数字滤波器占有极其重要的地位,数字滤波器是具 有一定传输选择特性的数字信号处理装置,其输入、输出均为数字信号,实质 上是一个由有限精度算法实现的线性时不变离散系统。它的基本工作原理是 利用离散系统特性对系统输入信号进行加工和变换,改变输入序列的频谱或 信号波形,让有用频率的信号分量通过,抑制无用的信号分量输出。数字滤波 器和模拟滤波器有着相同的滤波概念,根据其频率响应特性可分为低通、高 通、带通、带阻等类型,与模拟滤波器相比,数字滤波器除了具有数字信号处 理固有优点外,还有滤波精度高(与系统字长有关)、稳定性好(仅有 0 与 1 两 个电平状态)、灵活性强等优点。数字滤波器按其冲击响应的时域特性可分为 无限长单位脉冲响应滤波器(IIR)和有限长单位脉冲响应滤波器(FIR)。FIR 滤波器可以得到严格的线性相位,但它的传递函数的极点固定在原点,只能通 过改变零点位置来改变性能,为了达到高的选择性,必须用较高的阶数,对于 同样的滤波器设计指标,FIR滤波器要求的阶数可能比IIR滤波器高5～10倍。 IIR滤波器的设计可以利用模拟滤波器许多现成的设计公式、数据和表格,计 算的工作量较小。 2 数字滤波器的设计 2．1 IIR 数字滤波器原设计原理 IIR 数字滤波器可以用常系数微分方程表示为： M N y (n) a x (n −k ) − b y (n −k ) ∑ k ∑ k k 1 k 1 国家自然科学基金，编号 x (n) y (n) ak bk 式中： 和 分别表示输入和输出信号序列， 和 是滤波器系数。 −1 IIR数字滤波器的系统函数为z 的有理分式： m m−1 b S +b S + +b ( ) m m−1 0 H s n n−1 a S +a S + +a n n−1 0 不难看出，数字滤波器与模拟滤波器的设计思路相仿，其设计实质也是 { } 寻找一组系数 b ，a ，去逼近所要求的频率响应，使其在性能上满足预定的 技术要求。由于模拟滤波器的设计理论上已十分成熟，有很多简单而且现成 的设计公式，并且设计参数已经表格化了，因此数字滤波器设计的关键是将 H (s) 转换为对应的H (z ) 。 2．2 MATL