一种适用于地震勘探仪器的数字滤波器的设计

摘要

本论文的主要目的是设计地震勘探仪器中的数字滤波器，确定能满足其需求的结构和参数并进行优化。由3级级联积分梳状(CIC)滤波器、1级补偿滤波器、以及1级有限脉冲(FIR)滤波器构成。每级滤波器首先在MATLAB中模拟仿真，然后通过Modelsim验证，最后在Altera公司的CyclonerIVE系列FPGA(现场可编程门阵列)芯片中实现。
　　 CIC抽取滤波器主要实现采样率转换，通过对窄带源抽取以提取基带信号，CIC滤波器的主要优势是不需要乘法器，只用加法器、积分器和寄存器就可以实现。补偿滤波器的主要任务是补偿CIC滤波器通带内的衰减。FIR滤波器具有严格线性相位和全局稳定性的特点，主要用于滤波器最后阶段，抑制无用信号，实现高精度滤波。
　　 本文的主要工作如下：1、介绍地震勘探的原理和地震仪器的背景、分析地震仪器对数字滤波器提出的要求，确定实现方案；2、通过MATLAB对多级数字滤波器参数设计和仿真；3、通过QuartusⅡ、Modelsim软件平台对其FPGA实现方案的仿真和分析，并与MATLAB模拟结果对照；4、对本文的总结和在此滤波器设计基础上的后续工作展望。
　　 论文主要研究了：各级数字滤波器原理以及实现方案，包括MATLAB模拟仿真和硬件上的功能实现。
　　 论文的难点：数字滤波器抗混叠抽取、溢出控制、以及滤波性能的改善。
　　 研究结果表明：数字滤波器的多级结构以及所提出的参数已完全满足设计需要。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 课题研究的目的意义

1.2 国内外研究的现状

1.3 主要研究内容及论文的组织结构

第二章 数字滤波器的设计基础

2.1 地震勘探对滤波器的要求

2.2 本论文数字滤波器的结构与技术方案分析

2.3 多采样率数字信号处理

2.3.1 整数倍抽取

2.3.2 整数倍内插

2.3.3 采样率变换的多级实现

2.4 FIR滤波器的设计基础

2.4.1 IIR滤波器基本理论

2.4.2 FIR滤波器基本理论

2.4.3 FIR滤波器的设计方法

2.4.4 FIR滤波器的系数量化效应与溢出控制

2.5 CIC滤波器的设计基础

2.5.1 单级CIC滤波器

2.5.2 多级CIC滤波器

2.5.3 CIC滤波器设计中的溢出问题及解决方法

第三章 滤波器的MATLAB设计

3.1 CIC滤波器的MATLAB设计

3.2 CIC补偿滤波器的MATLAB设计

3.3 FIR滤波器的MATLAB设计

3.4 级联后滤波器的MATLAB仿真结果

第四章 滤波器的FPGA实现

4.1 CIC滤波器的FPGA实现

4.2 FIR滤波器的FPGA实现

4.2.1 FIR滤波器的串行实现

4.2.2 FIR滤波器的并行实现

4.2.3 分布式算法的FIR滤波器

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

附录Ⅰ 滤波器MATLAB程序如下

附录Ⅱ CIC滤波器Verilog代码如下

附录Ⅲ FIR滤波器模块框图如下

附录Ⅳ MATLAB和Modelsim联合仿真程序如下

致谢