多抽样率信号处理：加速度信号调理与FPGA实现

"这篇硕士学位论文来自西安电子科技大学，作者谢晋强，导师苏涛，专业为信号与信息处理，主题聚焦于多抽样率数字信号处理及其在FPGA（现场可编程门阵列）上的实现。论文深入探讨了抽样率变换的原理，研究了多抽样率滤波器的设计，特别是积分梳状滤波器和半带滤波器，并通过FPGA实现了2-256倍的可编程抽取器。此外，论文还探讨了多相结构在多抽样率信号处理中的应用，设计了一个固定倍数的内插器，并详细介绍了某雷达信号处理机的FPGA设计。关键词包括多抽样率信号处理、抽取、内插、多相滤波、积分梳状滤波器和半带滤波器。" 在多抽样率信号处理中，加速度信号调理电路设计和仿真是一个关键环节。信号调理电路是将物理传感器采集到的原始信号转换为适合后续数字信号处理的电信号的过程。对于加速度信号，这种调理可能包括放大、滤波、模数转换等步骤，目的是消除噪声，增强信号质量，并准备数据以供进一步的分析或控制。 第二章涉及多抽样率信号处理的基本理论，其中2.3.2节介绍了多抽样率系统的多相结构。多相分解是一种将FIR（有限 impulse response）滤波器的转移函数分解成多个子滤波器的方法，这有利于滤波器的硬件实现。例如，滤波器的冲击响应h(n)可以根据特定规则分成M个组，每个组包含N/M个系数（如果N不能被M整除，可以通过添加零系数使其满足条件）。这样，原滤波器的转移函数H(z)可以表示为M个子滤波器的和，每个子滤波器对应一个z域的多项式，形成一个多相表示。这种分解有助于减少硬件资源的使用，提高计算效率。 多相结构如图2.12所示，它通过级联的子滤波器实现H(z)。每个子滤波器可以单独设计和优化，使得整个滤波器可以并行或交错执行，从而提高系统吞吐量。多相分解是多抽样率系统，如抽取和内插操作，的重要组成部分，它能有效降低数字信号处理的复杂性，尤其在实时处理高速数据流时。 论文中还提到了积分梳状滤波器和半带滤波器，它们是多抽样率系统中常用的滤波器类型。积分梳状滤波器常用于抽取操作，其特点是能够将高采样率信号转换为低采样率信号，同时保持必要的频率特性。半带滤波器则是一类特殊的低通滤波器，只对输入信号的一半频率带宽进行处理，通常用于抽样率转换和信号降噪。 在FPGA实现部分，论文作者设计了一个2-256倍的可编程抽取器，该设计利用了积分梳状滤波器的特性，能够灵活地调整抽取比率。此外，还设计了一个固定倍数的内插器，它采用多相结构，可以有效地提升信号的采样率。这些FPGA实现不仅验证了多抽样率信号处理的理论，也展示了其实用性和灵活性。 这篇论文全面探讨了多抽样率信号处理的理论与实践，涵盖了从滤波器设计到FPGA实现的各个环节，对于理解多抽样率信号处理技术及其在实际系统中的应用具有很高的参考价值。