一．前言
良好的传感器数据是实现精确的导航解算与闭环控制的重要基础，然而，无论采用何种传感器，都会存在不同特性的噪声，同时，会随着应用环境的变化而变化。因此，我们需要通过设计滤波器、针对传感器特性设计校准算法等方式对传感器原始测量数据进行“优化”。本篇将针对数字滤波器的设计方法进行阐述，着重针对MATLAB FDA工具箱的使用方法进行说明。
二．MATLAB FDA工具箱的使用教程
首先，在MATLAB命令行窗口输入“fdatool”指令，随后即可打开MATLAB自带的功能强大的滤波器设计工具——“FDATool”。如图1所示，
图1 FDATool的打开方式
打开后，会显示如图2所示的界面。
滤波器类型设置区域选择使用何种滤波器，常用的如FIR、IIR，滤波器的响应类型又分为低通、高通、带通、带阻、陷波等等。
滤波器阶次设置区域可以用于设置滤波器的阶次，或使用自动计算阶次的方式。
滤波器频率参数设置区域则可以用于设置滤波器的采样频率，截止频率，带通、带阻频率等等。
滤波器幅值参数设置区域则用于设置滤波器增益等。
当前滤波器信息区域显示了当前设计的滤波器的阶次以及稳定性，这里能够保存设计完成的滤波器。
滤波器相关特性曲线区域可显示滤波器的幅频特性、相频特性以及群时延等参数曲线，具体切换方式如图3所示。
图2 FDA主界面
点击“Analysis”按钮，弹出下拉选项框，其中包括滤波器的幅频响应、相频响应、群时延、脉冲响应、阶跃响应、零极点图等等，可谓是一应俱全。通过选择不同的选项，我们能够在滤波器相关特性曲线曲线显示我们需要的特性曲线，以此作为我们设计滤波器时的参考依据。
图3 滤波器相关特性曲线切换方式
在设计完滤波器相关参数后，如图4所示，点击“File”—“Export”按钮，弹出如图5所示选项框，这里选择“MAT-File”、“Coefficient”。MATLAB会生成对应的MAT文件，如示例中，采用的IIR滤波器，最终生成的MAT文件中会包含“SOS”与“G”两个系数矩阵，然后，我们可以调用MATLAB自带的滤波函数进行IIR滤波器实现，或使用自定义的IIR滤波器进行实现，均可。
图4 导出滤波器参数
图5 滤波器参数导出设置
如图6所示，在MATLAB中调用通过FDA设计的滤波器，这里不再对FFT的使用方式进行赘述，通过调用“sos2tf”函数，将设计的IIR滤波器的系数进行变换，再次调用“filter”函数对待滤波数据进行滤波即可，滤波结束后，针对原始数据与滤波后数据进行时域与频域对比，如图7所示。
图6 IIR滤波器MATLAB代码
如图7所示为滤波前后的时域与频域数据图，红色为原始数据，绿色为滤波后数据。
图7 经过IIR滤波之后的时频数据图
三．总结
本篇介绍了MATLAB自带的FDA工具，该工具能够根据工程数据，快速设计出满足不同需求的滤波器，以供工程师使用。这里没有过多阐述滤波器相关的细节，下篇将着重结合多旋翼无人机的实际应用场景，针对不同的滤波器设计方法以及优劣点进行阐述。
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