# 低通滤波器和陷波滤波器


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FDISYSTEMS导航系统内置滤波器结构图



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上位机可配置参数

FDIGroundStation 提供了两个低通滤波器(LPF、BLP)和两个陷波滤波器(NOTCH1,NOTCH2)供您使用,我们将其放在Onboard Parameters 界面的FILT列表里,单位为赫兹(Hz),对应的截止频率默认为0,即不开启;当截止频率手动设置为一个非零数值并保存后,系统重启生效。参数含义如下表所示:

参数类型 含义 默认值
FILT_LPF_CUTOFF_FREQ_ACC_XY 加表XY轴LPF截止频率 0
FILT_LPF_CUTOFF_FREQ_ACC_Z 加表Z轴LPF截止频率 0
FILT_LPF_CUTOFF_FREQ_GYRO_XY 陀螺仪XY轴LPF截止频率 0
FILT_LPF_CUTOFF_FREQ_GYRO_Z 陀螺仪Z轴LPF截止频率 0
FILT_BLP_CUTOFF_FREQ_ACC_XY 加表XY轴BLP截止频率 0
FILT_BLP_CUTOFF_FREQ_ACC_XY 加表Z轴BLP截止频率 0
FILT_BLP_CUTOFF_FREQ_GYRO_XY 陀螺仪XY轴BLP截止频率 0
FILT_BLP_CUTOFF_FREQ_GYRO_Z 陀螺仪Z轴BLP截止频率 0
FILT_BLP_ORDER BLP滤波器阶数 2
FILT_NOTCH_CENTER_FREQUENCY 陷波滤波器1中心频率 0
FILT_NOTCH_CUTOFF_FREQUENCY 陷波滤波器1截止频率 0
FILT_NOTCH2_CENTER_FREQUENCY 陷波滤波器2中心频率 0
FILT_NOTCH2_CUTOFF_FREQUENCY 陷波滤波器2截止频率 0

# 低通滤波器

  • 一阶低通滤波器(Low Pass Filter,LPF),顾名思义就是当输入信号的频率在LPF设定的频率(截止频率)以内时,该信 号可以通过(无衰减),而当该信号的频率高于该频率时,则会产生衰减。也就是说,LPF算法可滤除不需要的高频信号, 从而保证系统有效的频率成分,这是一种最简单的低通滤波器;

  • 巴特沃斯低通滤波器(Butterworth Low Pass Filter,BLP),是一种具有最大平坦幅度响应低通滤波器,其特点是通频 带 内的频率响应曲线最大限度平坦,没有起伏,而在阻频带则逐渐下降为零它在通信领域里已有广泛应用;

  • 低通滤波器作用的对象是陀螺仪和加速度计的原始数据,我们将三轴陀螺仪和三轴加速度计的XY轴和Z分开进行滤波配置,如 上图所示,如果需要对陀螺仪进行BLP滤波,则可以配置 FILT_BLP_CUTOFF_FREQ_GYRO_XYFILT_BLP_CUTOFF_FREQ_GYRO_Z 的截止频率即可,BLP滤波器阶数 FILT_BLP 默认为2阶,滤波阶数越高,滤波效果越好,但是计算复杂度越大,一般建议不超过4阶;参数配置后,依次点击下方的transmit按钮和write flash按钮进行保存,然后重新上电后滤波器方能生效。


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# 陷波滤波器

  • 陷波滤波器是一种数字滤波器,它通过抑制特定频率的信号来实现滤波效果,具体来说,陷波滤波器通过一个中心频率的带通 滤波器和一个中心频率的带阻滤波器来消除特定频率的信号,带通滤波器允许特定频率的信号通过,而带阻滤波器将特定频率的信号抑制到零;

  • 我们在模组里集成了两个陷波滤波器(NOTCH1,NOTCH2),即可以将两个不同特定频率下的信号抑制到零,修改参数 FILT_NOTCH_CENTER_FREQUENCY 用于指定滤波器需要抑制的频率,对应下图的f0,修改参数 FILT_NOTCH_CUTOFF_FREQUENCY 用于指定信号衰减的截止频率,对应下图的f1,f2 = f0 + f0 - f1 被自动计算。第二个陷波滤波器配置同理。参数配置后,依次点击下方的transmit按钮和write flash按钮进行保存, 然后重新上电后滤波器方能生效。


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# 具体应用案例

安装在无人机,拖拉机等应用场景的模组,载体电机引发的物理振动对模组内的陀螺仪和加速度计产生影响,从而影响最终导航结果,因此需要对振动进行抑制,为了能更好的抑制振动,需要知道振动带来的噪声信号的幅频特性,傅里叶快速变换FFT 是一个强有力的工具,Epsilon系列以及omg10振动分析传感器集成了这个功能,通过对陀螺仪或者加速度计原始信号的采样,可以用其作出对应的幅频特性曲线,用于分析振动和噪声的情况,针对性的进行滤波器的设置。以某个安装在无人机上的产品为例,在无人机工作时,其三轴陀螺仪的幅频如下图所示:


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可见振动带来的噪声分布在50Hz-90Hz附近,可以通过低通滤波器或者陷波滤波器进行滤波抑制,可以设置LPF或者BLP的GYROXY和GYROZ的截止频率为30Hz;或者配置陷波滤波器NOTCH的中心频 FILT_NOTCH_CENTER_FREQUENCY =70Hz,可以配置截止频率 FILT_NOTCH_CUTOFF_FREQUENCY =20Hz

参数配置后,依次点击下方的transmit按钮和write flash按钮进行保存,然后重新上电后滤波器方能生效。