数字信号处理技术在测控系统中的应用探析
时间：2021-04-02 07:52:27 来源：达达文档网 本文已影响 人 
摘 要 随着我国社会的不断进步，我国的测控系统得到了快速的发展，并且为我国各行各业的发展提供了巨大的帮助。在这之中，数字信号处理技术发挥了非常大的作用。测控系统运行涉及的概念和方式较为抽象，不容易被掌握，数字信号处理系统的应用具有计算能力强和操作简单的特点，数字滤波器则是进行数字信号处理的基本载体。为此，本文从测控系统和数字信号处理的基础概念出发，分析了测控系统中数字信号处理技术的应用方式。
关键词 测控系统;数字信号处理;应用方式
引言
随着我国现代化的水平越来越高，我国的经济发展与科技进步速度都在不断提升，在这样的情况下，数字信息处理技术作为一种新型的信息处理技术，在我国的各行各业之中都发挥着非常重要的作用。本文研究的测控系统中数字信号处理技术的应用建立在数字滤波器的基础上，其主要原因是数字滤波器是信号处理中一种常见的设备，准确来说，数字滤波器搭载了能够过滤时间离散信号的数字系统，这样技术人员可以通过应用数学理论处理取样数据的方式，来实现对处理范围内数字信号的处理。
1 测控系统和数字信号处理概述
数字信号处理指的是通过计算机或者是专门的数字信号处理设备，应用专门的数字数值计算理论和方式，对数字信号进行转换、过滤、识别、评估、更改、运算等操作，以此让抽象的数值具备实际应用价值，为数字及数字信号的应用奠定基础。数字信号处理也开始成为通信专业、电子专业、计算机专业的主修课程之一，由于数字信号处理具有较强的专业性，学习内容涉及了大量的学术理论、计算过程、演算分析方式等，这需要学习者和研究者具备一定的逻辑思维能力和运算能力，并且要适当掌握计算机编程[1]。
测控系统是美国的Mathworks公司新推出的一款计算型软件，该软件具备了数据分析、数值计算、数据分类、矩阵计算、数据处理、信号处理、图形显示等多种功能，集操作便捷、运算流程简化、编辑效率高、界面应用流畅等优势于一体。除了主体系统外，测控系统还包括了搭载了多种功能的工具箱，这些工具箱能够解决使用者在数字信号处理过程中遇到的各种问题，此外，工具箱中还包含了大量由数学专家编制的函数公式，这些函数公式都可以被直接应用在数字信号处理中，进而简化了数字信号处理的编程。
2 数字信号处理技术在我国测控系统中的优势
随着人们生活水平的不断提升，数字信号处理技术成为人们日常生活中不可或缺的重要组成部分之一。随着我国互联网技术以及计算机技术的不断发展和完善，数字信号处理技术也在不断优化，并且在目前的应用过程中体现出了各个方面的优点。例如于传统应用技术相比，数字信号处理技术具备更高的精确性以及灵活的可编程性，在这样的情况下，通过应用数字信号处理技术可以对外界不同环境之中的敏感数字模拟信号进行处理。除此之外，随着我国社会的发展，我国工业也在不断向着智能化以及集成化的方向发展。在这个过程中，数字信号处理技术凭借其较强的灵活性、适应性以及稳定性得到了非常广泛的应用。通过应用数字信号处理技术，测控系统可以对各种设备运行过程中的状态进行精准的信息采集，并将信息数字化之后进行分析，通过严密的数字计算逻辑来行使对应的控制操作，从而更好地帮助设备保持良好的运行状态，同时也可以帮助企业节约大量的人力成本。
3 数字信号处理技术在测控系统中的应用
在我国科技不断进步的过程中，数字信号处理技术得到了非常广泛的应用，尤其是在测控系统的发展之中，数字信号处理技术更是发挥了不可代替的作用。在这样的情况下，对数字信号处理技术在测控系统中的应用进行研究，具有非常重要的现实意义。开展数字信号处理技术在测控系统中的应用的全面研究，结合测控系统和数字信号处理概述，主要可以将研究内容总结双线性法设计IIR数字技术与窗函数设计FIR数字滤波技术两个方面研究，具体的研究内容可以总结归纳为以下的几个方面：
3.1 双线性法设计IIR数字技术
从理论上来讲，数字滤波器实际上是一个离散的运算系统，可以展开对数字滤波器的进一步分析，如果在上图的函数公式中，其中任意一个a1的数值不为0，且此数值能够被分母中的一个根不为分子所抵消，此时，以上述形式展示出来的数字滤波器所对应的单位脉冲样值有无限个，这种能够保持无限单位脉冲样值的数字滤波器便被称为无限脉冲相应数字滤波器，简称IIR数字滤波器，这便是本节内容要探讨的数字滤波器[2]。
IIR数字滤波器的设计流程较为简单，可以概括为探索滤波器各个系数，并使其无限接近设计目标和设计要求。测控系统引导下的IIR数字滤波器的设计方式有两种，一种是直接设计方式，也可以称为最优化设计方式的选择，先由设计人员确定一种最优化设计方案，并在其中明确指出误差最小确定准则和误差最大确定准则，随后再在此设计方案的基础上计算滤波器系数;一种是间接设计方式，先由设计人员设计一个符合数值信号处理要求的模拟数字滤波器，然后再将具体的数字信号处理要求和技术条件应用到模拟数字滤波器中，最终设计出符合数字信号处理要求的数字滤波器。
现以参照butter函数设计的butterworth数字滤波器为例，分析应用测控系统间接设计IIR数字滤波器的方式[3]。
参照阶数N到截止频率Wn的计算公式，可以计算出butterworth数字滤波器中的分子和分母的多项式系数，并以Wn为计算标量，将计算范围控制在0～1之间，且使其逐一对应抽样计算频率的一半，以IIR数字滤波器的设计指标为参考依据，将数字滤波器的阻带截止频率控制在0.3pi，并确保其最小衰减不超过15dB。
3.2 窗函数设计FIR数字滤波技术
（1）窗函数设计FIR数字滤波器的方式
FIR数字滤波器的脉冲相应时间是有限制的，基于此原理，应用窗函数来设计FIR数字滤波器，设计人员需要先计算出符合设计要求的数字滤波器的频率相应机制，以此来逼近最优的FIR数字滤波器设计方式，但是此时的设计工作需要在规定的时域内完成，此时通过傅里叶反变导数可以推导出窗函数设计公式。
但由于FIR数字滤波器应用的是无限长序列，并且这些设计序列之间不存在显著的因果关系，因此，设计人员需要在设计过程中应用有限长序列来逼近无限长序列，并且用窗函数序列来截取无限长序列，最后再通过测控系统软件来检测设计结果和精确程度，并检测模拟数字滤波器的性能是否符合FIR数字滤波器的设计要求。
（2）应用测控系统工具箱设计FIR数字滤波器的方式
现以测控系统工具箱为例，分析FIR数字滤波器的设计方式，并应用窗函数来检验FIR数字滤波器设计的标准程度。
第一，建立矩形窗，调用格式W=boxcar（n），此时根据长度（n）可以产生一个矩形窗W;第二，建立三角窗，调用格式W=triang（n），此时根据长度（n）可以产生一个三角窗W。
4 结束语
在时代不断发展的过程中，我国的科技进步速度也在不断提升。在近年的发展过程中，数字信息处理技术对于我国的社会现代化发展起着非常巨大的影响。相对于其他类型的数字信号处理软件来说，测控系统能够更加精确的确定线性相位系统，进而节约了大量的编程时间，并且大幅度提高了編程效率和速度，并且设计人员修改编程也较为方便，随着该软件版本的不断更新，其运行系统和数据运算功能也在逐渐完善。相信随着相关研究人员的不断努力，我国的数字信息化处理技术也会不断向着更加精准和便捷的方向发展，为我国的现代化建设提供更大的帮助。
参考文献
[1] 蒋小燕.测控系统/FPGA/DSPBuilder在《数字信号处理》课程教学中的应用[J].软件导刊，2013，12（04）：197-199.
[2] 李新.测控系统中“数字信号处理”双语教学中的应用[J].电脑知识与技术（学术交流），2017，（04）：1155-1157.
[3] 陈爱萍.测控系统中"数字信号处理"课程教学中的应用[J].湖南工程学院学报（自然科学版），2015，（03）：92-94.
