發(fā)布時(shí)間：2020-06-20 22:47

【摘要】：數(shù)字濾波器是一種能夠處理電子傳輸信號(hào)的數(shù)字濾波系統(tǒng),它能夠傳輸有效頻段的信號(hào),將無用頻段的信號(hào)過濾掉。因此,數(shù)字濾波器具有消除干擾,降低信號(hào)噪聲的特性,它被廣泛應(yīng)用于圖像識(shí)別、音頻處理、電視雷達(dá)、遙感探測(cè)、航空、生物醫(yī)學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域。數(shù)字信號(hào)通常需要經(jīng)過高速的實(shí)時(shí)處理,但是數(shù)字濾波器中因?yàn)槌朔ㄆ鞯拇嬖谑沟糜布娐返膶?shí)現(xiàn)變得復(fù)雜和困難,而且乘法器的復(fù)雜性和其運(yùn)算特性通常會(huì)限制數(shù)字濾波器的性能。因此,數(shù)字濾波器的無乘法化設(shè)計(jì)成為了其提升運(yùn)算速度的關(guān)鍵所在。現(xiàn)有的無乘法無限脈沖響應(yīng)(Infinite Impulse Response,IIR)數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)方法都是基于已知的數(shù)字濾波器結(jié)構(gòu),將乘法器的系數(shù)量化為二次冪的和或者差對(duì)數(shù)字濾波器實(shí)現(xiàn)無乘法化設(shè)計(jì)。但這種方法設(shè)計(jì)出來的無乘法數(shù)字濾波器不能滿足結(jié)構(gòu)要求,而且性能不佳。因此,設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)隨機(jī)且性能優(yōu)良的無乘法IIR數(shù)字濾波器是本文所要解決的問題。本文設(shè)計(jì)了一種加入移位器的二階子系統(tǒng),并將其作為一個(gè)基本單元。然后根據(jù)設(shè)計(jì)的生成指令,子系統(tǒng)依次被按序連接,直到一個(gè)完整的無乘法數(shù)字濾波器的結(jié)構(gòu)形成。最后利用一種加入成功父代個(gè)體選擇框架的差分進(jìn)化算法(Improving Differential Evolution with a Successful-Parent-Selecting Framework,SPS-DE)對(duì)生成的數(shù)字濾波器結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。為了驗(yàn)證本文方法的可行性,本文利用多種演化算法對(duì)無乘法數(shù)字濾波器進(jìn)行設(shè)計(jì)并和SPS-DE算法設(shè)計(jì)的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,然后將本文方法與現(xiàn)有的無乘法IIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)方法做了對(duì)比分析,充分驗(yàn)證了本文方案的有效性。本文的研究工作主要有以下幾個(gè)方面:(1)介紹了現(xiàn)有的無乘法數(shù)字濾波器的實(shí)現(xiàn)方法;(2)提出了二階子系統(tǒng)并設(shè)計(jì)了生成指令,介紹了如何根據(jù)生成指令添加子系統(tǒng)到濾波器系統(tǒng)中生成無乘法數(shù)字濾波器的結(jié)構(gòu);(3)對(duì)指令進(jìn)行編碼,介紹了利用SPS-DE算法對(duì)生成的無乘法數(shù)字濾波器結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化的過程;(4)設(shè)計(jì)了無乘法數(shù)字濾波器的結(jié)構(gòu)參數(shù)和演化算法的對(duì)比實(shí)驗(yàn),并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果做了具體分析;(5)對(duì)研究?jī)?nèi)容做了總結(jié)并提出了未來的研究展望。通過對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析,本文提出的無乘法IIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)方法明顯優(yōu)于現(xiàn)有的設(shè)計(jì)方法,利用本文方法設(shè)計(jì)的無乘法IIR數(shù)字濾波器性能優(yōu)良,達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。本文的方法無需對(duì)乘法器系數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換量化,可以直接利用加入移位器的二階子系統(tǒng)設(shè)計(jì)無乘法數(shù)字濾波器,然后利用SPS-DE算法對(duì)數(shù)字濾波器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化并得到了很好的效果。本文為無乘法IIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)提供了一種有效的新方法并且為有關(guān)研究開拓了新的思路。
【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】：2018
【分類號(hào)】：TN713.7
【圖文】：

圖 2-3 模擬濾波器在單位階躍信號(hào)作用下的情況數(shù) Ha(s)與數(shù)字系統(tǒng)函數(shù) H(z)之間的變換關(guān)系數(shù)字濾波器的單位階躍序列響應(yīng)，圖 2-3 表示可以看出[3]：( ) ( )1zG z H zz= 1( ) ( )a aG s H ss= 11( ) [ ( )]a ag t L H ss = 11 = =

Joliveau 等人提出了一種基于 E-VNS 算法的無乘法 IIR 數(shù)字濾波器的出的方法設(shè)計(jì)了一個(gè)通帶截止頻率 0.7π，阻帶截止頻率為 0.9069π 的字濾波器，如圖 4-16[1]所示。本文設(shè)計(jì)了一個(gè)同樣目標(biāo)的低通無乘法之對(duì)比。實(shí)驗(yàn)中，移位器的參數(shù)范圍被設(shè)置為 5，無乘法數(shù)字濾波器的其他設(shè) 算法的仿真參數(shù)分別與表 4-1 和表 4-2 一致�；� E-VNS 設(shè)計(jì)的無乘了 20 個(gè)延時(shí)器、20 個(gè)左移移位器、20 個(gè)右移移位器、20 個(gè)反轉(zhuǎn)器和文設(shè)計(jì)的無乘法數(shù)字濾波器包含了 14 個(gè)單位延時(shí)器、28 個(gè)右移移位 21 個(gè)加法器，本文設(shè)計(jì)的無乘法數(shù)字濾波器所使用的元器件總個(gè)數(shù)為VNS 設(shè)計(jì)的無乘法數(shù)字濾波器少 17 個(gè)。圖 4-16 中的黑實(shí)線表示基于 法數(shù)字濾波器的幅頻響應(yīng)，虛線為用經(jīng)典方法設(shè)計(jì)的橢圓無乘法濾波4-17 表示本文方法設(shè)計(jì)的無乘法數(shù)字濾波器的幅頻響應(yīng)。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2723077