[00133331]超级数字信号滤波器

一、超级数字信号滤波器（专利技术）
21世纪是数字化的时代，随着信息处理技术的飞速发展，数字信号处理技术逐渐发展成为一门主流技术，它在电子信息、通信、软件无线电、自动控制、仪表技术、信息家电等高科技领域得到了越来越广泛的应用。相对于模拟滤波器，数字滤波器没有漂移，能够处理低频信号，频率响应特性可以做成非常接近于理想的特性，具有稳定性好，精确度高、不受环境影响外，还具有灵活性好的特点，这些优势决定了数字滤波器的应用越来越广泛。
目前，数字信号滤波器的实现方法一般有以下几种：
（1）用计算机软件实现
软件实现的方法既是在通用的微型计算机上用软件实现。利用计算机的存储器、运算器和控制器把滤波所要完成的运算编成程序通过计算机来执行。国内外的研究机构、公司已经推出了不同语言的信号滤波处理软件包。但是这种方法程序量大、计算机运行速度慢，难以对信号进行实时处理，虽然可以用快速傅立叶变换算法来加快计算速度，但要达到实时处理要付出很高的代价。
（2）采用DSP(Digital Signal Processing)处理器来实现
DSP处理是专为数字信号处理而设计的，如TI公司的TMS320CX系列，AD公司的ADSP21X,ADSP210X系列等。在过去的20多年时间里，软件可编程的DSP器件，几乎统治了商用数字信号处理硬件的市场。
（3）采用固定功能的专用信号处理器实现
专用信号处理器采用专用集成电路ASIC(Application Specific Integrated Circuits)来实现，适用于过程固定而又追求高速的信号处理任务，是以指定的算法来确定它的结构，使用各种随机逻辑器件组成的信号处理器。
目前，数字信号滤波器技术的应用存在如下问题：
1、 对于数学知识要求高，对一般技术人员建立数学模型存在一定的困难。
2、 编程困难，需要掌握各种编程调试软件，编程工作量大。
3、 如果采用（2）、（3）方法来处理，首先是使用不灵活，不能随心所欲得修改程序，也不能和别的程序结合。
4、 程序量大、计算机运行速度慢，难以和别的程序融合在一起，在普通计算机项目中应用受到限制。
5、 开发和测试工具还有待进一步完善。
6、 数字信号处理器技术的应用非常广泛，但目前很难广泛应用。
二、我的超级数字信号滤波器的特点
为什么说是超级：
1、它所使用的数学方程式来源独特，它的方程式是无意中发现的。到目前为止以前实现数字信号处理器技术（DSP）的思路都不会和现在一样，因为它不是从常规思维中发展出来的。
2、它编程简单，程序量非常少，如果要用程序语句和运行时间比较，顶多是原来程序的100分之1到1000分之1，几乎不用编程。
3、可以同时并行运行几十路到几百路实时数字信号处理。
4、它是一个循环程序处理，但循环时间不受严格限制。
5、控制精度超过以前所有的算法。
6、调试简单只有一个参数是可调的。
7、能实现以前DSP的所有功能。
8、容易融入别的程序中。
9、初步结果显示，由于超级数字信号滤波器在计算机循环一次的循环时间很少，每秒循环次数大幅提高，所以超级数字信号滤波器可以比普通数字滤波器大幅度控制精度。
三、下面是具体应用实例
3.1、在PLC中可大幅提高输入模拟量精度
从事PLC编程控制的科技人员，经常会遇到各种各样的模拟量的检测和控制问题。需要把模拟量进行模数转换，以便做进一步的处理，和输出显示，控制等。首先遇到的问题就是模拟量的精度问题。精度不能满足要求，受干扰信号和模数转换精度的影响，低位数字乱变，很难满足要求。传统的处理办法是：PLC内部的数据平均值法，或是去掉最大最小数法，但是效果都不理想，反应慢，很难反应实际数字的变化。
本专利技术完全突破传统做法，使用超级数字信号滤波器，把信号中存在的杂波、噪声干扰全部滤掉，使得干扰不会影响信号本身。它实际上是一个低通滤波器，滤波频率越低输出信号精度越高。可提高精度10～1000倍，提高有效显示位数，提高数字的稳定性。这是一个相当可观的数字，对于数控技术人员来说是一个非常可喜的成果。
先进性：直流信号处理一直是一个世界性难题，许多人都为此做过很多工作，如在输入模拟信号上做各种硬件滤波电路处理，但受环境温度、噪声等影响效果都不太理想，本专利技术计算简单，用时少，本人做过30路信号实时处理，在PLC里的计算时间仅有几毫秒。
本专利技术已经在军工厂的大型试验台上经过多年的考验，其中测量的物理量有：扭矩测量，油压测量，流量测量，温度测量，转速测量等。都取得了很高的精确度、灵敏度和稳定性。在设备验收中有：军代表，科研单位，技术单位，使用部门和研制部门的代表参加，所有设备的性能检测精度都得到代表的肯定。


3.2、用超级数字信号滤波器做低通滤波器是很简单的，因为它的基本程序就是做低通滤波器的，如上述在PLC中的应用，就是一个低通滤波器。带通数字滤波器就多几个步骤，但也比较简单。它的包络曲线基本形状如图1和图2所示。



3.3、利用超级数字信号滤波器很容易做成类似模拟二极管电路的检波器，因为在超级数字信号滤波器里只输出正数就是正检波器，只输出负数就是负检波器。这在数字信号处理器中很容易从高频载波中提取音频信号或图像信号，具体图形如图3和图4所示。

3.4、利用超级数字信号滤波器可做成全闭环无静差分层扫描控制器
全闭环无静差控制器原理在一般技术书中都能找到，但以前的原理不能控制给定的量，所以运行起来极不稳定，要波动好多次才能稳定下来。现在的控制按升降曲线可以分层控制。它可以根据控制精度需要，任意分成若干层，也就是一个升降速控制可以由若干个小控制组成，升降速时间是随意可调的。这样做成的控制器特别稳定，精度也很高。经过实践可以对最不稳定的控制，如：温度、油、水的控制都能达到非常理想的效果。由于系统中自带抗干扰功能，所以系统运行稳定，精度也超过一般系统。如图5所示。

3.5、利用超级数字信号滤波器还可以做成隔直电路，类似于电容器的隔直效果，去除电路中的直流成分；另外还能做成混频电路，检波电路等等。
四、超级数字信号滤波器的发展前景
4.1、在PLC中做信号滤波器使用
PLC的运行特点是固定循环时间短，一般为10ms左右，运行程序量很小，超时就要产生报警。所以只有超级数字信号滤波器的运算适合PLC使用。如上3.1节所述收到很好的效果。另外还可以用单片机做成专门为PLC用的高精度数据采集处理器，成为一个产品。
4.1、对数字仪表的升级换代
目前，常用的数字仪表的精度都比较低，专用的高精度数字仪表价格又特别高，用此原理既可以提高精度，成本又很低。比如现在的数字万用表，基本都是4位数精度，用此技术完全可以做成6位数字万用表。同样还有数字示波器等等。
4.2、可以开发专用数控系统
利用超级数字信号滤波器做成的全闭环无静差分层扫描控制器的原理可以做成全自动数字温度控制器、全自动数字液压控制器、压力机床用的压力控制器等等。以它高精度、高稳定性的特点会超过国内所有的同类产品。
4.3、可以推广到很多领域
利用超级数字信号滤波器可以方便的数据采集、存储、精度高、稳定性好、程序量非常少、编程方便的特点，很容易用到多个领域。如：信号与信息控制、通信、自动控制、雷达、军事、航空航天、医疗、家用电器等许多领域得到广泛的应用。定会得到事半功倍的效果。