本文關(guān)鍵詞：線性數(shù)字濾波器容錯(cuò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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【摘要】：數(shù)字濾波器作為現(xiàn)代通信系統(tǒng)中重要的組成部分,在一些極端環(huán)境(如高溫、外太空、地下、水下和復(fù)雜電磁輻射環(huán)境)中,一旦出現(xiàn)故障,不僅系統(tǒng)無法正常運(yùn)行,還會(huì)造成一定的經(jīng)濟(jì)損失。所以濾波器的性能和持續(xù)運(yùn)行的可靠性具有十分重要的意義,進(jìn)行容錯(cuò)性研究是非常迫切必要的。濾波器容錯(cuò)是指:當(dāng)濾波器受到干擾或是其中的某些結(jié)構(gòu)發(fā)生故障時(shí),整個(gè)濾波器依然能夠工作在其性能指標(biāo)所允許的范圍之內(nèi),而濾波器的正常使用不會(huì)受到太大影響。目前的針對(duì)濾波器的容錯(cuò)性研究都是通過備份冗余模塊、硬件上對(duì)系統(tǒng)實(shí)施局部重構(gòu)的容錯(cuò)機(jī)制。這些方法都需要對(duì)故障進(jìn)行檢測(cè),需要有額外的冗余,只是對(duì)故障的處理方式不同。增加冗余組件有助于降低設(shè)備的不確定性,然而,由于數(shù)字信號(hào)系統(tǒng)集成密度的增加和制造工藝的日益復(fù)雜,冗余模塊的增加會(huì)導(dǎo)致硬件資源開銷大、容錯(cuò)能力有限;另外硬件上的系統(tǒng)局部重構(gòu)一般都需要外部控制器進(jìn)行控制,計(jì)算量大、容錯(cuò)時(shí)間開銷較大。設(shè)計(jì)一種能夠容忍一般故障而且性能優(yōu)良的數(shù)字濾波器就是本文所要解決的問題。本文具體工作主要包括兩大部分:數(shù)字濾波器容錯(cuò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);在得到容錯(cuò)數(shù)字濾波器結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,如果濾波器出現(xiàn)故障,對(duì)設(shè)計(jì)的容錯(cuò)結(jié)構(gòu)數(shù)字濾波器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)仿真與結(jié)果分析。數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)便尤為關(guān)鍵,本文首先介紹了設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器的性能指標(biāo),然后介紹了數(shù)字濾波器主要的兩種設(shè)計(jì)思路:設(shè)計(jì)和優(yōu)化傳遞函數(shù)(即標(biāo)定傳遞函數(shù)系數(shù));從傳遞函數(shù)標(biāo)定結(jié)構(gòu)參數(shù)。通過對(duì)這兩類方法的詳細(xì)分析,可以得出對(duì)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的數(shù)字濾波器,傳輸函數(shù)設(shè)計(jì)法并不能滿足使用要求,適用性不強(qiáng),為此本文試圖能夠探尋到一種根據(jù)目標(biāo)特性要求直接設(shè)計(jì)最優(yōu)數(shù)字濾波器結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法。針對(duì)復(fù)雜環(huán)境的濾波器性能要求,介紹了容錯(cuò)濾波器的概念和容錯(cuò)數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法,對(duì)本文的研究思路和方法提供了有用參考。最后提出了一種能夠滿足一般容錯(cuò)性的數(shù)字濾波器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。本文主要進(jìn)行以下幾個(gè)方面的研究工作:(1)提出了一種基于遺傳算法的數(shù)字濾波器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。本文的數(shù)字濾波器結(jié)構(gòu)生成方法,能夠自動(dòng)生成合法的信號(hào)流圖結(jié)構(gòu),構(gòu)建合法結(jié)構(gòu)空間。對(duì)遺傳算子進(jìn)行了修改,并設(shè)計(jì)合理的編碼策略和適應(yīng)度函數(shù),使濾波器結(jié)構(gòu)能夠在合法結(jié)構(gòu)空間內(nèi)自主演化。(2)提出了一種改進(jìn)的優(yōu)化算法。該算法無需目標(biāo)函數(shù)連續(xù)可導(dǎo),可對(duì)目標(biāo)直接優(yōu)化。采用動(dòng)態(tài)調(diào)整搜索步長,停止搜索代數(shù)的指數(shù)次增加的策略,加快了收斂速度,提高了多維空間的尋優(yōu)能力,進(jìn)一步優(yōu)化了數(shù)字濾波器乘法器系數(shù)。(3)實(shí)現(xiàn)了數(shù)字濾波器結(jié)構(gòu)參數(shù)的同時(shí)優(yōu)化。首先利用遺傳算法對(duì)濾波器結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化,接著利用差分算法和改進(jìn)的優(yōu)化算法對(duì)數(shù)字濾波器乘法器系數(shù)進(jìn)行優(yōu)化�？稍O(shè)計(jì)不存在傳遞函數(shù)、或傳遞函數(shù)非常復(fù)雜的濾波器,滿足復(fù)雜需求。只要給出設(shè)計(jì)目標(biāo)和約束條件,無需更多先驗(yàn)知識(shí),就完全能夠確定最優(yōu)濾波器結(jié)構(gòu)和參數(shù),提升了大規(guī)模系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)計(jì)水平。(4)對(duì)設(shè)計(jì)得到的結(jié)構(gòu)系數(shù)最優(yōu)數(shù)字濾波器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)仿真。同基于傳統(tǒng)濾波器原型的常見結(jié)構(gòu)做了對(duì)比實(shí)驗(yàn),針對(duì)濾波器組件出現(xiàn)的故障進(jìn)行了容錯(cuò)分析。本文提出了一種線性數(shù)字濾波器容錯(cuò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。該方法無需考慮濾波器傳遞函數(shù),能夠根據(jù)目標(biāo)特性直接生成最優(yōu)濾波器結(jié)構(gòu),差分算法和改進(jìn)的優(yōu)化算法對(duì)數(shù)字濾波器系數(shù)作了進(jìn)一步優(yōu)化,得到了具有一般容錯(cuò)性的數(shù)字濾波器。實(shí)驗(yàn)仿真說明,濾波器乘法器出現(xiàn)斷路、短路故障的情況下,相比于傳統(tǒng)的數(shù)字濾波器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法,本文設(shè)計(jì)的濾波器結(jié)構(gòu)魯棒性好,且隨著故障率的增加,本文設(shè)計(jì)的濾波器結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出了更強(qiáng)的適應(yīng)性,容錯(cuò)性能優(yōu)良。
【關(guān)鍵詞】：數(shù)字濾波器 容錯(cuò)設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)優(yōu)化 參數(shù)優(yōu)化
【學(xué)位授予單位】：河南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN713.7
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-15
• 1.1 課題研究背景及意義11-12
• 1.2 論文主要工作和結(jié)構(gòu)安排12-14
• 參考文獻(xiàn)14-15
• 第二章 數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)方法15-31
• 2.1 設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器的性能指標(biāo)15-17
• 2.2 傳遞函數(shù)系數(shù)標(biāo)定方法17-19
• 2.2.1 傳統(tǒng)的傳遞函數(shù)標(biāo)定方法17
• 2.2.2 演化算法標(biāo)定系數(shù)法17-19
• 2.3 傳遞函數(shù)設(shè)計(jì)濾波器結(jié)構(gòu)19-23
• 2.3.1 IIR數(shù)字濾波器常用結(jié)構(gòu)19-22
• 2.3.2 數(shù)字濾波器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法22-23
• 2.4 容錯(cuò)數(shù)字濾波器23-26
• 2.5 本章小結(jié)26-27
• 參考文獻(xiàn)27-31
• 第三章 設(shè)計(jì)容錯(cuò)的數(shù)字濾波器結(jié)構(gòu)31-45
• 3.1 遺傳算法優(yōu)化濾波器結(jié)構(gòu)31-38
• 3.1.1 濾波器結(jié)構(gòu)的自動(dòng)生成算法31-34
• 3.1.2 遺傳算法優(yōu)化濾波器結(jié)構(gòu)34-38
• 3.2 差分算法優(yōu)化濾波器系數(shù)38-40
• 3.2.1 初始化種群39
• 3.2.2 變異操作39
• 3.2.3 交叉操作39-40
• 3.2.4 選擇操作40
• 3.2.5 實(shí)現(xiàn)步驟40
• 3.3 改進(jìn)的優(yōu)化算法40-43
• 3.4 本章小結(jié)43-44
• 參考文獻(xiàn)44-45
• 第四章 實(shí)驗(yàn)仿真與結(jié)果分析45-61
• 4.1 容錯(cuò)濾波器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)45-49
• 4.2 無故障濾波器對(duì)比實(shí)驗(yàn)49-50
• 4.3 乘法器斷路故障容錯(cuò)實(shí)驗(yàn)50-53
• 4.3.1 不同故障率相同設(shè)計(jì)模型容錯(cuò)分析50-51
• 4.3.2 不同設(shè)計(jì)模型相同故障率容錯(cuò)分析51-53
• 4.4 乘法器不同故障容錯(cuò)實(shí)驗(yàn)53-55
• 4.5 容錯(cuò)誤差分析55-59
• 4.6 本章小結(jié)59-61
• 第五章 結(jié)論與展望61-63
• 致謝63-65
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文65-66

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8 陳s，

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