高速信號(hào)處理系統(tǒng)中可變分?jǐn)?shù)延時(shí)濾波器的研究.pdf

1、隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展，可變分?jǐn)?shù)延時(shí)濾波器在通信、語音信號(hào)處理、圖像處理、雷達(dá)、生物醫(yī)學(xué)電子等高速信號(hào)處理系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，是數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域一個(gè)非?；钴S的研究課題。在信號(hào)處理系統(tǒng)中，利用基于可變參數(shù)的Farrow結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可變?yōu)V波器實(shí)現(xiàn)了分?jǐn)?shù)延時(shí)或幅度響應(yīng)等特性的在線連續(xù)調(diào)節(jié)而不必重新設(shè)計(jì)濾波器或存儲(chǔ)大量濾波器系數(shù)，具有較高的靈活性。本文系統(tǒng)地研究了一維和二維可變?yōu)V波器的設(shè)計(jì)方法，研究內(nèi)容和取得的成果包括如下幾個(gè)方面：
　　

2、 (1)提出基于粒子群優(yōu)化(PSO)算法設(shè)計(jì)總體頻率響應(yīng)誤差最小化或群延時(shí)誤差minimax優(yōu)化的一維FIR可變分?jǐn)?shù)延時(shí)濾波器和穩(wěn)定的最大平坦IIR可變分?jǐn)?shù)延時(shí)濾波器的方法。仿真結(jié)果表明，基于PSO算法設(shè)計(jì)的FIR可變分?jǐn)?shù)延時(shí)濾波器同現(xiàn)有WLS算法設(shè)計(jì)的FIR可變分?jǐn)?shù)延時(shí)濾波器相比具有較精確的延時(shí)特性，基于PSO算法設(shè)計(jì)的IIR可變分?jǐn)?shù)延時(shí)濾波器同現(xiàn)有方法設(shè)計(jì)的最大平坦IIR可變分?jǐn)?shù)延時(shí)濾波器相比更好地保證了穩(wěn)定性。根據(jù)FIR可變分?jǐn)?shù)

3、延時(shí)濾波器在奇數(shù)階和偶數(shù)階兩種情況下的Farrow結(jié)構(gòu)的系數(shù)對(duì)稱性確定PSO算法中粒子的維數(shù)，采取逐步優(yōu)化的方法計(jì)算每個(gè)子濾波器的系數(shù)以進(jìn)一步降低粒子維數(shù)，加快算法的收斂速度，并通過兩級(jí)優(yōu)化實(shí)現(xiàn)對(duì)濾波器總體頻率響應(yīng)誤差的最小化設(shè)計(jì)，將適應(yīng)值函數(shù)設(shè)為群延時(shí)峰值誤差，實(shí)現(xiàn)了群延時(shí)誤差minimax優(yōu)化。本文在IIR可變分?jǐn)?shù)延時(shí)濾波器的設(shè)計(jì)中，利用濾波器平坦條件和IIR濾波器穩(wěn)定的充分條件約束粒子的搜索空間，從而保證了濾波器的穩(wěn)定性并加快收斂

4、速度。
　　 (2)提出采用對(duì)二維濾波器Farrow結(jié)構(gòu)的可變參數(shù)進(jìn)行歸一化處理的方法設(shè)計(jì)二維FIR可變幅度響應(yīng)零相位濾波器。根據(jù)=維零相位濾波器的系數(shù)對(duì)稱特性，分別利用加權(quán)最小二乘法、窗函數(shù)法直接設(shè)計(jì)二維可變零相位FIR濾波器。在高階情況下采用McClellan變換設(shè)計(jì)二維可變零相位濾波器，在計(jì)算變換系數(shù)過程中利用PSO算法對(duì)系數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。
　　 (3)提出采用將可變延時(shí)參數(shù)分離的級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)二維FIR可變分?jǐn)?shù)延時(shí)濾波

5、器，并根據(jù)二維可變分?jǐn)?shù)延時(shí)濾波器的理想頻率響應(yīng)特性對(duì)每個(gè)級(jí)聯(lián)子濾波器的Farrow結(jié)構(gòu)的系數(shù)做對(duì)稱或反對(duì)稱限制，減少了獨(dú)立系數(shù)。仿真表明，同現(xiàn)有WLS算法相比，本文的設(shè)計(jì)結(jié)果降低了二維FIR可變分?jǐn)?shù)延時(shí)濾波器的系數(shù)計(jì)算量，并具有較好的頻率響應(yīng)特性。本文還對(duì)基于最大平坦準(zhǔn)則的二維可變分?jǐn)?shù)延時(shí)濾波器的設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究與仿真。
　　 (4)提出一種基于稀疏重建正交匹配追蹤(OMP)算法和Chebyshev窗函數(shù)設(shè)計(jì)一維陷波濾波器的方法，

6、仿真結(jié)果表明，同現(xiàn)有方法如precise equiripple、multiple exchange和最大平坦準(zhǔn)則等相比，本論文方法設(shè)計(jì)的濾波器的抽頭較少且具有同樣的濾波性能。有關(guān)此問題的下一步工作是設(shè)計(jì)可調(diào)陷波頻率的陷波濾波器及multiple notch濾波器。
　　 (5)在濾波器實(shí)現(xiàn)和執(zhí)行過程中，受有限字長的影響，表示信號(hào)的變量和濾波器系數(shù)的精度不可能是無限的，必然在算法和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)上帶來誤差。為減小數(shù)據(jù)誤差、提高執(zhí)行效率，