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1、 摘要 在智能化飞速发展的今天，交通信息采集对于交通信息化的管理扮演着越来越重要的角色。交通信息采集系统的核心是流检测技术，而交通流检测的关键在于车辆检测、车速判断和车型识别.作为智能化交通的重要组成部分，它将广泛应用于以后的智能无人车领域。在智能化交通上如何做到区别噪声和汽车鸣笛声，为智能无人车的安全通畅行驶提供有力的保证。本文以汽车鸣笛声为基础，主要对汽车鸣笛声和非鸣笛声进行分析，在此基础上提出了区别汽车鸣笛声和非鸣笛声的算法研究方案。本文首先查阅了国内外相关研究的进展，概述了车型识别技术的发展状况。因为汽车鸣笛声属于低频 ，可通过低通滤波器对各种频率的声音进行过滤，得到低频的声波， 再对
2、声波的波形进行观察，看声波是属于周期性的还是随机性的 ，进行判断是否汽车鸣笛声。低通滤波器是让某一频率以下的信号分量通过，而对该频率以上的信号分量大大抑制的电容、电感与电阻等器件的组合装置。巴特沃斯滤波器是电子滤波器的一种，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。可以构成低通、高通、带通和带阻四种组态，是目前最为流行的一类数字滤波器 ,经过离散化可以作为数字巴特沃思滤波器较模拟滤波器具有精度高、稳定、灵活、不要求阻抗匹配等众多优点因而在自动控制、语音、图像、通信、雷达等众多领域得到了广泛的应用，是一种具有最大平坦幅度响应的低通滤波器。本文将介绍其中最常用的
3、一种巴特沃斯低通数字滤波器。本文侧重于理论分析、matlab编程和结果分析。关键字：低通滤波器 巴特沃斯 数字 matlab ABSTRACT In the intelligent rapid development today, the traffic information collection for traffic information management is playing a more and more important role. Traffic information collection system is the core of flow measurement t
4、echnology, and the traffic flow detection is the key of the vehicle detection, vehicle speed and vehicle type recognition judgment. As an important part of intelligent traffic, it will be applied widely in the future intelligent unmanned vehicles. In the intelligent traffic on how to do different no
5、ise and car horn, intelligent unmanned vehicle safe and smooth running and provide powerful guarantee. The car horn as the basis, mainly on the car horn, flute and carries on the analysis, put forward on this foundation distinguished car horn and expressing whistling algorithm research programme.Thi
6、s paper reviewed the research progress at home and abroad, summarizes the development status of vehicle type recognition. Because the car horn belongs to the low frequency, can be passed through a low pass filter for each frequency of sound filter, low-frequency sound waves, then the waveform of the
7、 sound waves were observed, see sonic is periodic or random, to judge whether the car horn. Low pass filter is a frequency below the signal components through, and the frequency of the signal component above greatly inhibit the capacitance, inductance and resistance device combination device. Butter
8、worth filter is an electronic filter, feature is the pass band frequency response curves of the maximally flat, no ups and downs, and in the stop band is decreased to zero. Can form a low pass, high-pass, band-pass and band-stop four configuration, is currently the most popular class of digital filt
9、ers, after discretization can be used as digital Butterworth filter is the analog filter with high precision, stability, flexibility, does not require the impedance matching and many other advantages in automatic control, voice, image, communication, radar and other fields have been widely applied,
10、is a kind of maximum flat amplitude response of the low pass filter. This paper will introduce one of the most commonly used one - Butterworth low pass digital filter. This article focuses on the theoretical analysis, matlab programming and results analysis. Keywords Low pass filter Butterworth Digi
11、tal matlab 绪 论1.1选择巴特沃斯低通滤波器及双线性变换法的原因（1）由于低通滤波器是组成其它滤波器的基础，故选用低通滤波器；（2）在当今社会，数字信号的应用越来越广泛，故选用数字信号；（3）巴特沃斯滤波器的特点是通频带的频率响应曲线最平滑并且应用范围最广，故选巴特沃斯型滤波器； （4）为了不使数字滤波器在=附近产生频谱混叠，故选用双线性变换法。1.2.巴特沃思低通滤波器的基本原理：巴特沃斯低通数字滤波器的幅度平方函数用下式表示式中，N称为滤波器的阶数。当=0时，；时，是3dB截止频率。在附近，随加大，幅度迅速下降。幅度特性与与N的关系如图1.1所示。幅度下降的速度与阶数N有关，N
12、愈大，通带愈平坦，过渡带愈窄，过渡带与阻带幅度下降的速度愈快，总的频响特性与理想低通滤波器的误差愈小。图1.1 巴特沃斯低通数字滤波器 图1.2 三阶巴特沃斯滤波器极点幅度特性与与N的关系 分布图以替换，将幅度平方函数写成的函数 复变量，此式表示幅度平方函数有2N个极点，极点用下式表示： （=0,1,2,3.） 2N个极点等间隔分布在半径为的圆上（该圆称为巴特沃斯圆），间隔为rad。例如N=3,极点间隔为/3rad，如图1.2所示。 为形成因果稳定的滤波器，2N个极点中只取平面左半平面的的N个极点构成Ha(s), 而右半平面的的N个极点构成Ha(-s),Ha（s）的表达式为为使设计公式和图表统
13、一，将频率归一化。巴特沃斯低通数字滤波器采用对3dB截止频率归一化，归一化后的系统函数为令,称为归一化频率， 称为归一化复变量，这样，巴特沃斯低通原型系统函数为 1.2.2双线性变换法原理双线性变换法是使数字滤波器的频率响应与模拟滤波器的频率响应相似的一种变换方法。为了克服多值映射的缺点，采用把整个s平面频率压缩方法，将整个频率轴上的频率范围压缩到-/T/T之间，再用转换到Z平面上。也就是说，第一步先将整个S平面压缩映射到S1平面的-/T/T一条横带里；第二步再通过标准变换关系将此横带变换到整个Z平面上去。这样就使S平面与Z平面建立了一一对应的单值关系，消除了多值变换性，也就消除了频谱混叠现象
14、。映射关系如图1.3所示。设Ha（s）,经过非线性频率压缩后用，表示，这里用正切变换实现频率压缩：图1.3 双线性变换的映射关系式中，T为采样间隔，当从-/T经过0变化到/T时，由-经过0变化到+，实现了s平面上整个虚轴完全压缩到平面上虚轴的+/T之间的转换。即 代入,得到 再通过从平面转换到z平面，得到 上式是S平面与Z平面之间的单值映射关系，这种变换都是两个线性函数之比，因此称为双线性变换。双线性变换法与冲激响应不变法相比，其主要的优点是避免了频率响应的混叠现象，虽然在线性方面有些欠缺，但是可以通过频率的预畸来加以校正且计算比冲激响应不变法方便，实现起来比较容易，所以，本设计选择用双线性变
15、换法设计巴特沃斯低通滤波器。1.4数字滤波器的设计步骤数字滤波器的设计步骤：根据数字滤波器的技术指标先设计过渡模拟滤波器得到系统函数Ha(s),然后将Ha(s)按某种方法（本实验采用双线性变换法）转换成数字滤波器的系统函数H（z）。具体为：（1）确定巴特沃斯数字低通滤波器的技术指标：通带边界频率p,阻带截止频率s,通带最大衰减p,阻带最小衰减s。（2）将数字滤波器的技术指标转换为模拟滤波器的技术指标。这里指p和s的变换而p和s保持不变。本题采用双线性变换法，其转换公式为： （3）根据技术指标p、s、p和s用下面公式求出滤波器的阶数。 （4）根据N由表1.4求出归一化极点和归一化低通原型系统函数Ga(p)。表1.4 巴特沃斯归一化低通滤波器参数 分母因式阶数B(p)=B1(p)B2(p)BN/2(p) N/2表示取大于等于N/2的最小整数 1（p2+1） 2 (p2
