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关键词： FIR滤波器   分布式算法   流水线   VHDL   FPGA  

摘要： 提出了一种改进的分布式算法和一种具有流水线结构的加法树乘法器,设计了一种在FPGA上实现的FIR数字滤波器。介绍了改进的DA算法,对采用FPGA实现直接型结构移位相加乘法器FIR滤波器和改进DA算法的高速FIR滤波器的性能进行了比较。用VHDL在Quartus II平台上进行了仿真,给出了实现高效滤波功能的设计结果及不同算法的资源占用比较。

关键词： 数字滤波器   MATLAB   有限冲击响应   窗函数  

摘要： FIR滤波器因其严格的线性相位特性,对于高保真的信号处理具有广泛的应用价值。本文阐述了FIR数字滤波器的原理、线性相位条件,讨论了窗函数设计方法,并利用VHDL语言基于Kaiser窗函数进行FIR滤波器的仿真设计。仿真表明:借助软件设计实现数字滤波器简便易行,滤波性能指标能较好的达到指定的要求。

关键词： 数字滤波器   MATLAB   有限冲击响应   窗函数  

摘要： FIR数字滤波器在图像处理、数据传输等场合具有广泛应用,其设计是信号处理的核心问题之一.软件实现数字滤波优势体现在滤波器参数的改变伴随滤波器性能的改变.阐述了数字滤波器的设计方法,讨论了FIR线性相位的条件和幅度特性,并以矩形窗和布拉克曼窗为例,在MATLAB软件中实现了滤波器的仿真设计.仿真表明:借助计算机软件设计数字滤波器的过程简便易行,滤波性能指标均能达到指定的要求,对数字滤波器的推广应用有一定的促进作用.

关键词： 滤波器   粒子群优化   果蝇优化  

摘要： 基于粒子群优化算法的无源模拟滤波器优化设计方法容易陷入局部最优,收敛速度慢迭代次数多、运算量大且稳定性不够好。提出果蝇优化算法对滤波器的整个参数空间进行高效并行搜索直到获得最优的参数值,实例仿真表明,采用该方法设计的滤波器在相同的带宽准确度及阻带衰减的情况下,具有更快的运算速度及收敛性能。

关键词： 瞬变压力检测   动态补偿   模拟滤波器  

摘要： 为了在瞬变压力检测中提高响应速度,减少硬件的复杂性,节约成本,采用传统的网络分析与综合技术相结合方法,基于压力传感器动态特性,用激波管产生激波模拟压力瞬变情况,建立压力传感器的数学模型,进而设计出模拟滤波器.该滤波器改善了原测试系统的响应特性,缩短了响应时间,能够对瞬变压力做出瞬间判断.

关键词： 无限脉冲响应   带通数字滤波器   量化字长   现场可编程门阵列  

摘要： 该文给出了用Matlab设计IIR带通数字滤波器的方法,利用Matlab语言进行程序设计出二阶环为基础的并联结构模型,通过在Matlab环境下仿真软件Simulink对设计的带通滤波器进行了动态仿真,确定了滤波器系数的量化字长。从仿真结果来看,设计的带通数字滤波器既满足滤波器的选频特性,又优化了硬件资源。在实际的应用中,可以根据不同FPGA资源灵活修改滤波器系数,在不同规模的FPGA上实现。

关键词： 数字滤波器   滤波器设计   柯西分布   概率模型  

摘要： 分布估计算法是基于概率模型的一类新兴进化算法，它将统计学习理论与进化算法相结合，通过统计优势群体的分布来指导新一代种群的产生。分布估计算法经提出以后，迅速成为进化计算领域的研究热点，大量学者对其进行了理论研究和优化应用。虽然学者们取得了大量成果，但仍有很多问题需要进一步研究。本文根据分布估计算法特点，主要从分布估计算法概率模型及其构建方式等方面对算法性能进行改进，并将改进后的分布估计算法用于ⅡR数字滤波器优化设计。主要完成了以下下工作：\n ⑴改进了分布估计算法概率模型建模方式。本文结合分布估计算法概率模型在进化过程中的变化特征，从概率模型建模方式上对分布估计算法进行了改进。将以样本均值为概率中心、一个种群用一个概率模型来描述其分布的方法拓展到以优胜个体为概率中心、多个概率模型描述一个种群分布的建模方式。通过实验对比，改进的分布估计算法具有比同期经典分布估计算法更好的搜索性能。\n ⑵通过引入柯西概率分布，对分布估计算法概率模型进行了改进。在求解连续优化问题时，经典分布估计算法一般采用高斯分布作为分布估计算法的概率模型，高斯分布具有尖峰的特点，能很好的利用优胜个体的引导进行精细开采，但高斯分布尾部较窄，具有较小的跳变能力，全局寻优能力不够强。为了增强算法的全局搜索能力，引入了有较广尾部的柯西分布，目的在于提高算法的跳变勘探能力。本文通过将柯西分布与高斯分布的组合，并对其组合方式进行了实验探讨，给出了既兼顾柯西分布勘探能力又具备高斯分布精细开采能力的组合概率模型分布估计算法。通过大量的标准函数集实验测试，印证了组合概率模型分布估计算法思想的有效性和优异性。\n ⑶将组合概率模型分布估计算法用于优化设计ⅡR数字滤波器，获得了比相关文献中性能更优的ⅡR数字滤波器，拓展了分布估计算法应用领域。

关键词： 开关电流电路   小波变换   模拟滤波器设计   Prony逼近  

摘要： 小波变换(Wavelet Transform,WT)是近些年发展较快的一种信号分析手段，它通过将原始信号分解成不同尺度的一个个小波包络的线性组合而得名。一直以来小波变换的实现手段一直集中在软件实现和数字硬件实现，但这两种方法功耗较高，特别是针对电子耳蜗和嵌入式手持设备，这种功耗仍不可忽视。因此采用模拟电路实现小波变换成为了，小波变换低功耗的实现的一种发展趋势。 开关电流电路是一种模拟数据取样电路，具有高精度且对工艺参数不敏感的特点，制作简单，很适合作为小波变换实现电路。 小波变换的开关电流电路设计，主要核心在于如何将小波函数综合成滤波器可实现的结构，即非线性结构的线性化。目前的比较流行的手段是采用Pade变换在频域对小波基函数进行逼近，但是这种方法随着小波基函数尺度的变大，逼近后的信噪比也极具下滑；相对频域逼近，也存在小波函数的时域采样逼近，直接通过时域信号得出系统的零极点，但这种方法相对研究的比较少。 正是在这种背景下，本文对小波函数的时域采样逼近方法进行了研究，研究工作主要集中在以下几点： 1.通过等间隔采样和以幂函数作为逼近函数的基底的Prony拟合方法，把系统的零极点信息在拉普拉斯反变换之后保留到了时域，从而可以直接通过对时域信号的直接逼近就可以确定待逼近传递函数的结构和参数，无需从时域到频域再到s域的多番变换，也减少了变换过程中舍入误差对模型造成的影响。 2.通过推导可以将待拟合方程变成AR和MA同阶的ARMA模型，从而完成了模型的线性化，之后便可以利用主成分分析(Principal Component Analysism,PCA)的手段对线性化后的系统进行快速的阶数估计；利用线性最小二乘法对系统进行快速的参数估计，大大降低了系统定阶和参数估计的难度。 3.由于是原始模型为非线性模型，对这样的模型线性化之后，必然会因为采样的点不同而导致不同的估计结果，使得模型参数和采样率产生耦合关系。因此本文提出在参数初次估计之后，利用Levenberg-Marquardt对初估计后的参数进行二次迭代求解。实验证明这种方法能够快速有效的对参数进行估计，能够有效的将逼近后信噪比(Signal to Noise Ratio,SNR)提升约8db,并且能够解除采样率与待估参数之间的耦合关系解开。

关键词： 动态可靠性   渐变可靠性   强度劣化   连续系统  

摘要： 机械设备的零部件通常承载着动态载荷,且由于制造的不确定性致使几何元素的尺寸、形状以及相互位置具有随机性,同时多于80%的零部件都是由于某些量的劣化导致渐变失效,因此,开展动态与渐变耦合可靠性研究对于机械行业的发展具有极为重要的意义。研究随机参数线性连续系统遭受强度劣化和承受动态载荷时的可靠性问题。根据线性连续系统的随机动力学理论获得随机响应的计算公式,由此建立随机交变应力的计算模型。采用一随机变量描述初始强度的不确定性,利用非平稳Gamma过程描述强度劣化量的演变过程。在此基础上构建线性连续系统的动态与渐变耦合状态函数和可靠度表达式。应用提出的方法分析轴扭转振动系统的动态与渐变耦合可靠性,将当量正态化法和设计验算点法相结合以估算动态与渐变耦合可靠度,采用中心差分方法分析该可靠度的敏感性。利用数值实例验证提出方法的实用性和有效性。结果表明,提出的动态与渐变耦合可靠性分析方法能够有效解决随机参数线性连续系统遭受强度劣化和承受动态载荷时的可靠性分析问题。

关键词： CSE优化算法   FIR   图像频域滤波   巴特沃斯低通滤波器   FPGA  

摘要： 随着数字信号处理技术应用的不断深入及FPGA技术的不断发展，数字信号处理系统的实现面临着很多挑战，其中，四个主要问题是：速度、功耗、设计规模和开发周期。在基于FPGA实现一些数据计算量庞大的数字信号处理操作（如FIR滤波器、快速傅里叶变换等）时，需要消耗大量的FPGA资源。因此，如何在对最大时钟频率要求不高的场合下节约FPGA资源就成了研究重点。 本文结合FPGA的硬件特点，提出了一种CSE优化算法，该算法通过提取尽可能多的共同子表达式来减少运算单元、降低逻辑深度。通过大量的算法分析，将CSE优化算法与NR-SCSE算法、加法树算法、HCUB算法、BHM算法、Hartley算法等进行比较，结果表明：CSE优化算法能更大程度地减少运算单元，降低逻辑深度。论文重点分析了CSE优化算法在数字信号及图像信号处理中的应用。 CSE优化算法在FIR滤波器设计中的应用。以32阶FIR低通滤波器的设计为例，将滤波器系数进行CSD编码，应用CSE优化算法消去系数中存在的共同子表达式，从而减少运算单元、降低逻辑深度。在QuartusII中对整个设计进行仿真，结果表明：应用CSE优化实现FIR低通滤波器比直接乘法型实现及分布式实现节约更多的FPGA资源。最后在DE2开发板上进行硬件实现，表明利用CSE优化算法设计的FIR低通滤波器具有较好的滤波效果。 CSE优化算法在图像频域滤波中的应用。通过综合分析四种频域低通滤波器的性能特点，选择巴特沃斯低通滤波器来进行频域滤波，在MATLAB中产生滤波器系数并将系数进行CSD编码，然后应用CSE优化算法对其进行优化设计。在QuartusII中分别设计二维FFT模块、优化巴特沃斯低通滤波器模块，最后进行仿真分析和滤波效果分析，结果表明：应用CSE优化算法可节省大量的FPGA资源，且图像滤波效果比较理想。