traitement du signal numérique, fréquence indésirable basse, fe élevé

[morpheus87]

bonjour à tous,

je me lance dans le filtrage numérique à l'aide d'un DSP, mais je rencontre quelques problèmes, pouvez vous m'aiguiller?


je souhaite filtrer/analyser un signal issue d'une chaine d'amplification/filtrage, bande passante 10 1000hz, gain 80dB
j'échantillonne le signal à 10Khz (limitation dû au filtre anti repliement)


mon probleme est de supprimer 2 fréquences, le 50Hz et le 100Hz avant d'analyser le signal
note: il faut que les coupes bandes soient sélectif car j'ai du signal utile autour (+- 10Hz autour des fréquences cibles)


pour l'instant je me suis focalisé que sur du traitement temporel, sans succes à cause de la fréquence d'echantillonnage qui est trop élevée par rapport aux fréquences que je souhaite supprimer.
FIR => beaucoup trop de coef
IIR => instabilité (max ordre 8)

est ce que dans le domaine fréquentiel je peux réaliser ces coupes bandes? j'ai peur qu'avec une convolution entre la reponse du filtre et le signal je retombe sur le meme résultat, est ce que je me trompe?

est ce que ces filtres peuvent etre "numérisé"?

merci
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[jiherve]

Bonsoir,
Comme çà au débotté :faire une FFT, supprimer les raies et faire une FFT inverse.
C'est très cunutoire.
JR

[morpheus87]

merci

par contre j'ai pas compris le mot cunutoire, je suppose que c'est dans le sens "banale", dans ce cas quelle méthode utilisée?
suppression à la main? j'y avais pensé, mais jamais osé...
filtre?

merci

[jiherve]

Re
Cunutoire : qui nécessite des calculs.
moi non plus je n'ai jamais osé mais cela devrait fonctionner enfin c'est mon avis ce soir après bbq et un bon petit rosé.
JR

[A voir en vidéo sur Futura]

[jiherve]

Re
la fft inverse ne sert à rien (sauf pour voir) puisque l'on dispose de l'amplitude des raies, reste à faire une FFT avec une résolution fréquentielle suffisante!
JR

[morpheus87]

et bien bon bbq

concernant cette méthode, j'ai des doutes malgré mes faibles connaissances en traitement du signal numerique.
y a t'il une autre méthode disons plus académique?

[jiherve]

Re,
Quoi de plus académique qu'une FFT ?
lire réponse précédente svp.
JR

[morpheus87]

dans mon cas si la fft inverse aurait du sens car il faut que j'analyse le signal (comportement du signal , rapport cyclique, fréquence successive, temps mort...)
des infos qui disparaitraient avec la fft

[morpheus87]

la fft oui, mais supprimer les raies à la main...

[jiherve]

Re
après un survol du net c'est légal!
http://www.dsprelated.com/groups/matlab/show/3007.php
JR

[morpheus87]

en effet, je vais essayer, par contre y a t'il une autre méthode, disons pour ma culture?

[jiherve]

Re
vu le faible différentiel de fréquence entre l'utile et le nuisible je ne crois pas.
JR

[erff]

Bonsoir,

Pourtant c'est la raison d'être du DSP : c'est fait pour faire bcp de produits/accumulations. Un FIR même d'ordre 1000 devrait être implémentable sans soucis non ? (à condition que ton DSP soit en flottant sinon c'est sûr....)
Pour en revenir à l'IIR, comment l'as tu implémenté, tu as entré l'équation récurrente d'ordre 8 directement ?
Car pour éviter les erreurs numériques qui provoquent les instabilités liées aux arrondis numériques, on décompose TOUJOURS un filtre d'ordre N en une mise en cascade (produit) de filtres d'ordre 1 ou d'ordre 2 à coefficients réels, en faisant très attention aux débordements (mise à l'échelle de chaque filtre) ... c'est toujours possible mathématiquement parlant... et de mémoire on peut faire des ordres élevés sans trop de soucis.

PS : Es-tu être certain que ton signal utile ne comporte rien à exactement 100 Hz mais comporte de l'énergie à 90 et 110Hz ?

Question importante : J'ai comme l'impression que tu veux filtrer des parasites d'alimentation ... Si c'est le cas, il vaut mieux effectuer le filtrage en amont, avant que ça ne viennent polluer ton signal utile en choisissant bien l'ampli par exemple.

Question importante 2 : As-tu un moyen de connaître la phase de ton signal parasite 50Hz et celle de ton 100 Hz ? Car alors, pour chacun, tu fais un échantillonnage synchrone et récupération de la composante DC par filtrage (d'ordre très faible du coup), et tu auras l'amplitude exacte de ton signal parasite ainsi que la phase, puisque l'on suppose que tu la connais au début, et donc tu connais exactement ton signal parasite... ensuite suffit de le retrancher au signal utile et c'est terminé.

[morpheus87]

oui c'est bien ma crainte, je vais essayer la méthode précédente, mais je pense réutiliser des réjecteurs analogiques pour ne pas avoir de mauvaises surprises.
dans le traitement numérique du signal, domaine temporel, quel est le pas min acceptable par rapport à FE pour faire des filtres numériques 0.01, 0.05, 0.1?
par exemple dans le cas d'un filtre notch à 1.75Khz

Passe1 = 1000/10000 = 0.1
stop1 = 1500/10000= 0.15
stop2 = 2000/10000=0.2
passe2 = 2500/10000=0.25

[erff]

Je ne te suis pas. C'est bien éliminer du 50Hz et du 100Hz dont il est question ?
Pour information, tu auras plein d'autres harmoniques car l'alimentation de ton ampli, si elle est créée avec un pont de diode + capa en tête (et régulateur), tu auras des raies à 200, 300, 400 etc ... Donc en gros il faut un ampli avec une bonne réjection de l'alimentation et un régulateur avec de faibles ondulations (bien calibrer le filtre de sortie aussi). Je serais étonné que ces moyens là ne te donnent pas 100% de satisfaction.
Il faut également observer quelques précautions d'usage (entrée différentielle, blindage des transmissions un peu longues où ce dernier est porté au potentiel de mode commun, bon plan de masse sur la carte etc...).

[morpheus87]

bonsoir Erff

Pourtant c'est la raison d'être du DSP : c'est fait pour faire bcp de produits/accumulations. Un FIR même d'ordre 1000 devrait être implémentable sans soucis non ? (à condition que ton DSP soit en flottant sinon c'est sûr....)

oui j'ai un dsp en flottant, à vrai dire je n'ai pas osé implémenter un telle filtre car j'ai des plusieurs taches annexes à traiter.

Pour en revenir à l'IIR, comment l'as tu implémenté, tu as entré l'équation récurrente d'ordre 8 directement ?
je recupere les coef via matlab, puis j'utilise une librairie existante, IIR_lattice_F32

Car pour éviter les erreurs numériques qui provoquent les instabilités liées aux arrondis numériques, on décompose TOUJOURS un filtre d'ordre N en une mise en cascade (produit) de filtres d'ordre 1 ou d'ordre 2 à coefficients réels, en faisant très attention aux débordements (mise à l'échelle de chaque filtre) ... c'est toujours possible mathématiquement parlant... et de mémoire on peut faire des ordres élevés sans trop de soucis.

PS : Es-tu être certain que ton signal utile ne comporte rien à exactement 100 Hz mais comporte de l'énergie à 90 et 110Hz ?
en effet à 100Hz je peux avoir de l'energie utile, mais je suis obliger de les filtrer

Question importante : J'ai comme l'impression que tu veux filtrer des parasites d'alimentation ... Si c'est le cas, il vaut mieux effectuer le filtrage en amont, avant que ça ne viennent polluer ton signal utile en choisissant bien l'ampli par exemple.
oui le probleme vient de l'alimentation, en analogique je serai obliger de faire des réjecteurs à 50Hz +- 3%, idem à 60, 100 et 120, donc la solution numerique serait idéale


Question importante 2 : As-tu un moyen de connaître la phase de ton signal parasite 50Hz et celle de ton 100 Hz ? Car alors, pour chacun, tu fais un échantillonnage synchrone et récupération de la composante DC par filtrage (d'ordre très faible du coup), et tu auras l'amplitude exacte de ton signal parasite ainsi que la phase, puisque l'on suppose que tu la connais au début, et donc tu connais exactement ton signal parasite... ensuite suffit de le retrancher au signal utile et c'est terminé.
pas bete, je vais essayer de creuser cette solution...

[morpheus87]

le problème est rayonné, et je ne peux pas blindé la carte

[erff]

Ça m'a l'air bien plus complexe de virer du 50 et du 100Hz alors ... je n'ai jamais traité ce genre de pb numériquement donc je ne peux te dire ce qui fonctionne ou pas. Il y a toujours eu une solution "physique" (choix des impédances d'entrée, des amplis, des régulateurs et des capas de découplage, routage soigné, plan de masse, blindage etc...)... Mais en rayonné tu vas avoir bien plus de saloperies que du 50 et du 100Hz à mon avis...

[bobflux]

Pour info, si tu fais le truc FFT -> virer les raies gênantes -> IFFT

C'est exactement équivalent à un filtre FIR parfait qui ferait à peu près ce que tu veux. D'ailleurs on implémente les FIR lourds à base de FFT, on multiplie la FFT par la réponse voulue puis IFFT, c'est quasiment le même truc...

Après, vaut mieux essayer de traiter les parasites à la source...

[inoxxam]

FIR => beaucoup trop de coef

As-tu fait la synthèse? Qu'appelles-tu beaucoup trop? Je ne vois aucun mal à disposer d'un FIR de longueur 100 voire 1000 (si ce n'est le temps de latence, dont tu ne parles pas.

[morpheus87]

j'ai amélioré l'alim avec des ldo plus performant (psrr...) sur la bande 0-1khz
le capteur utilisé est tres sensible à ces frequences, confirmé en déconnectant la partie puissance de la partie analogique, j'ai utilisé une pile 9v pour vérifier ce probleme, et il était toujours présent.

aujourd hui j'ai essayé la fft ( convolution avec rep. impulsionnel filtre stop band + fft inverse), j'ai été agréablement surpris par le temps de traitement.
par contre une réponse impulsionnel aussi sélective à cette fréquence d'echantillonnage, difficile...

je vais essayé de remplacer la reponse impulsionnelle par une sorte de peigne (dans le domaine fréquentiel), pour atténuer les fréquences cibles.

concernant les coef fir, quand je dis beaucoup trop, en fait, il faut que je fasse le filtrage + traitement en max 2ms.
actuellement avec le FIR de 250 coef + tableau de 300 echantillons, l'uC met 20ms (note je peux sans doute optimiser le traitement en injectant les echantillons a chaque capture au lieu de balancer le tableau de 300 mesures, à tester)
avec la fft, je suis à la ms.
je tourne pour l'instant à 24MHz, compromis entre performance et consommation, je pense augmenter la fréquence de l'uC a 48MHz.

premiere conclusion, je n'arrive pas à avoir avec une fréquence d'echantillonnage élevée et un filtre tres tres sélectif, je mise sur la solution de "peigne", sinon réduire la fréquence d'echantillonnage (bien sûr en ajouter un ou deux filtres anti repliement)

[bobflux]

Peut on avoir plus d'infos sur ce capteur ?