高速信號處理系統(tǒng)中可變分數(shù)延時濾波器的研究.pdf

1、隨著數(shù)字信號處理技術(shù)的發(fā)展，可變分數(shù)延時濾波器在通信、語音信號處理、圖像處理、雷達、生物醫(yī)學(xué)電子等高速信號處理系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，是數(shù)字信號處理領(lǐng)域一個非常活躍的研究課題。在信號處理系統(tǒng)中，利用基于可變參數(shù)的Farrow結(jié)構(gòu)設(shè)計可變?yōu)V波器實現(xiàn)了分數(shù)延時或幅度響應(yīng)等特性的在線連續(xù)調(diào)節(jié)而不必重新設(shè)計濾波器或存儲大量濾波器系數(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)計方法，研究內(nèi)容和取得的成果包括如下幾個方面：
　　

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

3、延時濾波器在奇數(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)化的方法計算每個子濾波器的系數(shù)以進一步降低粒子維數(shù)，加快算法的收斂速度，并通過兩級優(yōu)化實現(xiàn)對濾波器總體頻率響應(yīng)誤差的最小化設(shè)計，將適應(yīng)值函數(shù)設(shè)為群延時峰值誤差，實現(xiàn)了群延時誤差minimax優(yōu)化。本文在IIR可變分數(shù)延時濾波器的設(shè)計中，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)提出采用對二維濾波器Farrow結(jié)構(gòu)的可變參數(shù)進行歸一化處理的方法設(shè)計二維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)計二維可變零相位濾波器，在計算變換系數(shù)過程中利用PSO算法對系數(shù)進行優(yōu)化。
　　 (3)提出采用將可變延時參數(shù)分離的級聯(lián)結(jié)構(gòu)設(shè)計二維FIR可變分數(shù)延時濾波

5、器，并根據(jù)二維可變分數(shù)延時濾波器的理想頻率響應(yīng)特性對每個級聯(lián)子濾波器的Farrow結(jié)構(gòu)的系數(shù)做對稱或反對稱限制，減少了獨立系數(shù)。仿真表明，同現(xiàn)有WLS算法相比，本文的設(shè)計結(jié)果降低了二維FIR可變分數(shù)延時濾波器的系數(shù)計算量，并具有較好的頻率響應(yīng)特性。本文還對基于最大平坦準則的二維可變分數(shù)延時濾波器的設(shè)計進行了研究與仿真。
　　 (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和最大平坦準則等相比，本論文方法設(shè)計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)在濾波器實現(xiàn)和執(zhí)行過程中，受有限字長的影響，表示信號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)實現(xiàn)上帶來誤差。為減小數(shù)據(jù)誤差、提高執(zhí)行效率，