Современные методы решения задач фильтрации

Для решения большинства задач управления оптическим излучением техника аналоговых фильтров высокого порядка не представляет значительного интереса. Причина этого в том, что такие фильтры излишне критичны к подбору пассивных элементов и параметрам ОУ (как фильтры на основе ОУ с положительной обратной связью), другие — излишне сложны в реализации (как фильтры на основе ЦАП и фильтры, управляемые напряжением). И даже самые лучшие фильтры — на основе структуры Рауха — могут быть рекомендованы лишь для задач, где фебуется не слишком высокий порядок и не слишком высокая точность реализации, поскольку, хотя прецизионные резисторы существуют и могут обеспечить точность реализации номинала на уровне четырех и даже пяти порядков, для конденсаторов эта проблема крайне сложна. Высокую точность реализации требуемого значения конденсаторов можно обеспечить лишь для относительно малого значения емкости, используя, например, слюдяные конденсаторы. Точность на уровне трех порядков — это уже проблема, а обеспечение четырех порядков может быть достигнуто лишь неоправданно сложными схемотехническими решениями с использованием экзотической элементной базы.

До недавнего времени управляемые (или коммутируемые) фильтры представляли значительный интерес для адаптивной системы сбора информации. Переключение полосы фильтра осуществлялось в них автоматически или программно в соответствии с шириной спектра анализируемого сигнала, что позволяло реализовать оптимальную с точки зрения отношения сигнал / шум обработку случайного узкополосного сигнала.

В связи с появлением быстродействующих прецизионных АЦП, удешевлением вычислительной техники в сравнении со стоимостью специализированных аналоговых приборов, а также в результате увеличения возможностей персональных ЭВМ применение управляемых фильтров не столь необходимо, как было ранее. Достаточно выбрать АЦП с требуемым количеством разрядов и быстродействием, соответствующим всему возможному спектральному диапазону сигналов, а на его входе установить фильтр НЧ, обеспечивающий устранение той части спектра шума и сигнала, которая превышает половину частоты квантования (в соответствии с теоремой Котельникова). Дополнительная фильтрация может быть осуществлена программно. Для этого можно применять простое усреднение значений N последующих отсчетов либо более сложные алгоритмы цифровой фильтрации.