FPGA实现光栅信号FIR滤波器：噪声抑制与精度提升

本文主要探讨了一种基于FPGA（Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）的光栅信号FIR（Finite Impulse Response，有限冲击响应）滤波器的设计与实现方法，旨在去除实测光栅信号中的噪声干扰，提升信号的细分精度。 在光栅测量技术中，莫尔条纹信号是关键，当光栅付发生相对移动时，会产生周期性的光强变化，进而转化为正弦波信号。这一信号的变化周期对应着被测物体的移动距离，细分处理可以提高检测精度和分辨率。然而，实际应用中的莫尔信号常受到噪声干扰，导致光电信号呈现不规则的近似正余弦波形。为了消除噪声影响，本文提出了采用FPGA实现的FIR滤波器。 FIR滤波器是一种数字信号处理技术，其基本原理基于线性时不变系统理论，通过设计滤波器系数实现对信号的平滑或锐化。设计流程通常包括确定滤波器类型、选择合适的窗函数、计算滤波器系数以及实现滤波器结构。本文使用DSPBuilder和Matlab/Simulink工具完成了滤波器模块的设计与仿真，这些工具可以方便地将滤波器设计转换为硬件描述语言VHDL。 经过VHDL编码并使用Modelsim的RTL级仿真，验证了设计的正确性。实验结果显示，实测光栅信号经过32阶FIR滤波器处理后，输出信号与Matlab/Simulink和DSPBuilder的仿真结果一致，证明了FPGA上实现的滤波器具有良好的滤波效果和可行性。 相比软件实现，FPGA硬件实现具有速度快、实时性强的优点，尤其适合需要快速处理的场合。尽管FPGA在实现复杂算法时可能存在挑战，但其高灵活性和可配置性使得它成为滤波器硬件实现的理想选择，特别是在光栅测量等对速度和精度有高要求的领域。 关键词：FIR滤波器，光栅信号，DSPBuilder，FPGA，Matlab/Simulink 中图分类号：TH865 文献标识码：A 文章编号：1000-3932(2016)03-0272-06