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关键词： IIR数字滤波器   最小二乘设计   序列最小化   稳定三角形   频率响应误差约束   S形相位误差上界函数  

摘要： 现今，几乎所有的工程技术领域都要涉及数字信号处理技术，滤波运算是数字信号处理的基本运算，数字滤波器的设计则是数字信号处理的基本问题。与有限冲击响应(FIR)数字滤波器相比，无限冲击响应(IIR)数字滤波器具有更高的计算效率，更低的群延迟以及更高的频率选择性，从而更受研究人员青睐，但是IIR数字滤波器无法做到精确线性相位，不具有内禀稳定性，其设计问题形成的数学模型通常为非凸规划模型，因此IIR数字滤波器设计也更具挑战性。 本文考虑IIR数字滤波器约束最小二乘设计问题，首先研究了可以充分利用稳定三角形条件充要性的基于二阶因子迭代更新的序列最小化(SMSOF)方法在最小二乘设计中的推广，然后针对minimax设计耗时较长的问题，研究了频率响应误差约束最小二乘设计，最后针对基于SMSOF方法的最小二乘设计通带边缘群延迟较大的问题，研究了带S形相位误差上界函数的约束最小二乘设计。在介绍了IIR数字滤波器设计背景意义，回顾总结了IIR数字滤波器设计研究现状，并详细介绍了SMSOF方法之后，本文具体展开了以下几方面的研究： 1.将可以充分利用稳定性三角形条件的充要性和线性性质的SMSOF方法推广到最小二乘设计，使原IIR数字滤波器最小二乘设计问题转化为一系列分母阶数为二阶的IIR数字滤波器最小二乘设计子问题。在每一个最小二乘子问题中，仅优化一个二阶分母因子，其余保持不变。设计实例表明，与现有的最小二乘设计方法相比，本文方法能得到更小的通带阻带最大误差和误差能量，群延迟也得到不同程度的减小，但是通带边缘群延迟依旧较大;2.在1的基础上研究了施加频率响应误差约束后的IIR数字滤波器最小二乘设计。为解决由于非线性的频率响应误差约束引起的在LSK的某些迭代中可能不可行的问题，本文先求得无频率响应误差约束时问题的最优解，将其作为施加频率响应误差约束后问题的初始点，并将无频率响应误差约束时得到的最大频率响应误差作为初始约束上界，然后使用一个收缩因子来迭代收缩上界使其逼近给定上界。设计实例表明，与minimax设计方法相比，本文方法得到了更小或可比的通带阻带最大幅值误差、更小的幅值误差能量以及小得多的设计时间;3.研究了带S形相位误差上界函数的IIR数字滤波器约束最小二乘设计。通过在通带边缘附近施加越来越紧的相位约束将通带边缘附近的相位误差约束在一个相对较小的范围内，从而相应减小通带边缘附近群延迟。为了保证设计问题的可行性，本文还施加了相应的频率响应误差约束。设计实例表明，本文方法能有效减小通带边缘群延迟。

关键词： 蛙跳算法   高斯变异   柯西变异   FIR数字滤波器设计   频率采样技术  

摘要： 群智能优化算法是近年来新兴的一种优化方法，是受到关注最多的研究领域之一，其模拟社会性动物、昆虫的各种群体行为，将这些群体行为的社会活动机制引入到优化算法中，利用群体中个体之间的信息交互和合作来实现寻优的目的。与其它类型的优化方法相比，其全局性好、实现简单、效率高，更适合解决大规模、复杂的寻优问题，被越来越多的应用于实际生活中。目前国内外研究较多的群智能算法，如遗传算法(GA)、粒子群算法(PSO)、蚁群算法(ACO)等的研究工作都已经取得了较大的进展，并且已经成功应用在多个领域中。蛙跳算法(SFLA)是一种受自然界生物现象启发产生的群体进化算法，计算速度快， 寻优能力强，但局部搜索能力较弱，容易陷入早熟收敛。针对这些缺点，文章结合高斯变异和柯西变异两种变异算子的优点，提出了一种改进的混合蛙跳算法(MSFLA)。改进后的算法根据算法进化情况自适应调整两种算子的作用时机和作用比例。算法从两种算子中自适应的选择其一进行变异操作，利用高斯变异局部搜索能力强的特点提高了算法的收敛速度，在算法可能陷入局部最优时，则利用柯西变异全局能力强、易引导个体跳出局部最优的优点，两种变异算子相互补充，既提高了算法的收敛速度，也在一定程度上避免算法陷入局部最优和发生早熟收敛，提高了蛙跳算法解决复杂函数问题的能力。并利用几个典型测试函数，通过与基本SFLA和另一种改进SFLA的对比实验，充分验证了MSFLA有效性和优越性。为验证改进后算法(MSFLA)在实际应用中的性能，将算法引入到FIR数字滤波器的 设计应用中。文章采用频率采样技术对数字滤波器进行设计，在确定过渡带抽样点的值时，传统的查表法无法保证样本点的值最佳，因此可利用MSFLA良好的寻优能力求解出最佳样本值，令阻带衰减尽可能大，通带波纹尽可能小。文章首先对求解过渡带的最佳样本值的问题建立了具体的算法模型，然后在带通和低通两种情况下对其设计的FIR滤波器进行验证，通过与PSO和查表法的对比实验证明，MSFLA能够快速、有效的求得频率过渡带样本最优值，解决了查表法不能保证数据最优的问题，验证了其适用性和可行性。

关键词： 无线射频识别   低通滤波器   直流失调消除电路   自动频率校准电路  

摘要： 射频识别技术由于具有通信速度快、数据容量大和抗干扰能力强等优点，在学术领域与工业领域广受青睐。作为在射频收发机中起信道选择作用的滤波器，是系统中的重要组成部分之一。为了满足射频芯片低成本和高性能的要求，采用全CMOS工艺实现的单片集成射频芯片成为一种趋势。这样，低功耗、高线性度的模拟低通滤波器就成为研究设计的热点。　　 首先，本文着手于模拟低通滤波器在系统中的应用，介绍了其各性能指标的定义，并从系统的要求中确定了本低通滤波器的各设计指标。从模拟低通滤波器设计的理论知识出发，指出了离散时间滤波器和连续时间滤波器的区别，分析了Active RC滤波器和Gm-C滤波器的基本原理，介绍了模拟低通滤波器的近似函数和综合方式。对比了各种结构的优缺点，确定了本低通滤波器的结构。　　 然后，在理论分析的基础上，本文设计了一款用于UHF RFID系统接收机中的Active RC滤波器，并给出了详细的分析和设计过程。该电路采用6阶巴特沃斯为近似函数、Tow-Thomas biquad级联为综合方式，兼具直流失调消除电路，可以有效地消除直流失调。使用了自动频率调谐电路来消除温度、工艺和电源波动等对滤波器截止频率的影响。采用了开关电阻阵列和开关电容阵列分别实现不同增益之间和不同截止频率之间的切换。通过对MOS管开关非线性的优化和biquad级联顺序的考虑，设计出高线性度的模拟低通滤波器。　　 最后，本文设计了为滤波器提供电压参考的偏置电路。其中，从精度和电源抑制比等方面，对带隙基准电路给进行了系统地分析。在此电路中，通过高阶温度补偿降低了温漂系数，采用电压预调制技术得到较优的电源抑制性能。后仿结果表明，在-40℃到120℃范围内温漂系数降至2.2ppm/℃，在直流处的PSR值为-98dB，100KHz处为-80dB。同时针对在LDO电路负载电流变化时反馈环路的稳定性较难维持的问题，采用了电流并联负反馈的方式，即在系统内部生成一个随负载电流变化而“移动”的零点，增加了相位裕度，动态地维持系统的稳定性。

关键词： 有源RC滤波器   射频接收机   模拟基带   直流失调消除   噪声  

摘要： 随着无线通信技术的不断发展,各种不同应用的无线网络协议也在不断出现,与此同时,对实现无线通信的收发机提出了更高的要求,在单片集成电路上实现多种无线通信协议,使得多标准无线收发机成为一个必然的趋势。 本文首先对滤波器的分类进行了详细的总结,并将针对超高频射频识别系统中应用到的滤波器进行了定位和理论分析。 其次对各种接收机结构进行了简要的介绍,并对它们的特点进行了总结和对比。 然后,给出了一款应用于下变频结构接收机中的可配置模拟低通滤波器的电路理论和设计实现流程,对模拟滤波器中的关键指标进行了详细的理论分析,并针对下变频结构接收机的直流失调问题,使用了一种数字控制电流注入的方法进行了直流失调电压的补偿,针对电路结构选择电路中的一个低阻节点,借助反馈电阻来实现补偿。 最后,对滤波器版图中的匹配进行考虑,给出了仿真结果和部分测试结果,实现了滤波器的设计,并证明直流失调消除方法的正确性。 本次设计模拟低通滤波器截至频率在310KHz左右可调节,增益0dB～36dB可调节,步长为6dB。使用SMIC0.13μm工艺进行了流片并进行了部分测试,仿真结果证明滤波器满足系统要求,测试结果验证滤波器直流失调消除符合设计目标,可以将直流失调调整在10mV以内,在1.5V电源电压下,整个滤波器的电流消耗为2.5mA。

关键词： 无功功率   Hilbert数字滤波器   FIR   IIR  

摘要： 从Hilbert算法能够更精确地测量无功功率出发,设计了两种Hilbert数字滤波器,仿真结果表明FIR型Hilbert数字滤波器比IIR型Hilbert数字滤波器更适合设计高精度无功功率测量.

关键词： DSP   TMS320C54X芯片   FIR滤波器  

摘要： DSP芯片是一种微处理器,能够进行将信息进行数字化的处理,用于对付各种实时的数字信号处理,卷积、变化等,处理效率高,因而被广泛地应用在许多的方面,尤其在数字滤波器上。针对这个情况,本文采用了某公司的TMS320C54X芯片作为本文研究的DSP芯片,根据提出的算法实现了FIR滤波器,并经过仿真实验,得到的实验结果满足滤波的条件,预计的实验结果验证了本文提出的算法。

关键词： 窗函数   稳定性   FIR数字滤波器  

摘要： 本文简要地阐述了FIR数字滤波器的原理,但传统的实现方式设计复杂,结果又不直观,针对上述这个现象,介绍了一种基于窗函数的FIR数字滤波器的设计方法,并应用实验数据进行了仿真验证。通过仿真数据说明,本文提出的设计不仅使得结果直观,更加提高了滤波器的设计精度,具有广泛地应用优势。

关键词： 重力卫星   精密星间测距系统   滤波器指标设计   GRACE   KBR  

摘要： 本文基于重力卫星精密星间测距测量模式,从星间测距观测值与地球重力场频谱关系的角度,建立了距离观测值关于重力位系数的敏感矩阵,分析了各阶次重力场位系数对应的敏感矩阵的频谱特性,讨论了星间测距信息中能反应地球重力场信息的有效信号频带,给出了能最大限度保留地球重力场信息的低通滤波器的通带截止频率、通带增益波纹和频率采样率技术指标设计方案,可为我国首期卫星跟踪卫星重力测量计划的主要技术指标的初步设计提供参考.

关键词： 软件无线电   FIR滤波器   分布式算法   FPGA  

摘要： 在宽带中频软件无线电台收发系统中,由于FIR滤波器具有良好的线性相位特性及实现的灵活性,通常将它作为数字上下变频中的整形低通滤波器。本设计采用altera公司的CycloneⅡ系列中的EP2C20Q240C8芯片,以一个8阶分布式算法的FIR低通数字滤波器电路为例,其主要通过LUT、加法器和移位寄存器实现。最后对该分布式算法进行了仿真验证。结果表明,该优化结构高效合理地利用FPGA硬件资源,可有效应用于高性能中频数字电台的信号处理模块。

关键词： 杂交粒子群算法   有限脉冲响应(FIR)数字滤波器   Parks-McClellan算法  

摘要： 介绍了杂交粒子群算法的原理,通过三个典型Benchmark函数对该算法的收敛精度进行了测试。将杂交粒子群算法应用到FIR数字滤波器的设计中,从而计算出FIR数字滤波器的系数。通过高通和带通两个实例进行仿真实验,并与Parks-McClellan算法设计的滤波器进行对比,结果表明,采用杂交粒子群算法设计FIR数字滤波器具有更好的通带和阻带特性,是一种有效的方法。