教学课程资源库 更多>>

关键词： Particle swarm optimization (PSO)  

摘要： This paper presents an optimal design of linear phase digital low pass finite impulse response (FIR) filter using Novel Particle Swarm Optimization (NPSO). NPSO is an improved particle swarm optimization (PSO) that proposes a new definition for the velocity vector and swarm updating and hence the solution quality is improved. The inertia weight has been modified in the PSO to enhance its search capability that leads to a higher probability of obtaining the global optimal solution. The key feature of the proposed modified inertia weight mechanism is to monitor the weights of particles, which linearly decrease in general applications. In the design process, the filter length, pass band and stop band frequencies, feasible pass band and stop band ripple sizes are specified. FIR filter design is a multi-modal optimization problem. Evolutionary algorithms like real code genetic algorithm (RGA), particle swarm optimization (PSO), and the novel particle swarm optimization (NPSO) have been used in this work for the design of linear phase FIR low pass (LP) filter. A comparison of simulation results reveals the optimization efficacy of the algorithm over the prevailing optimization techniques for the solution of the multimodal, non-differentiable, highly non-linear, and constrained FIR filter design problems.

关键词： IIR数字滤波器   minimax设计   过渡带过冲   序列约束最小二乘   序列最小化   稳定三角形  

摘要： 本论文考虑无限冲击响应(IIR)数字滤波器的最大误差最小化(minimax)设计，主要针对设计问题的非凸性和稳定性约束条件，以及现有设计方法所得滤波器的带边群延迟和过渡带幅值响应过冲较大等问题进行研究，提出了四种基于序列约束最小化的设计算法，使问题得到了有效的解决，得到了比现有方法性能更好的滤波器。 序列约束最小二乘(SCLS)方法把minimax设计问题转化为一系列约束最小二乘(CLS)设计问题，与直接minimax方法相比，更有可能得到性能更好的滤波器。基于二阶因子迭代更新的序列最小化(SMSOF)方法，把一个IIR数字滤波器的minimax设计问题转化为分母为二阶的IIR数字滤波器minimax设计子问题，充分利用了基于二阶因子稳定三角形的稳定性约束条件之充要性和线性性质，比现有方法得到了性能好得多的滤波器。 然而，以上方法没有对过渡带上滤波器的频率响应进行任何约束，经常导致所得滤波器通带边缘的群延迟误差较大、过渡带的幅值响应存在明显过冲。另外，如何将以上两种方法有效地结合，设计出性能更好的滤波器，也是非常值得研究的问题。为此，本论文在总结现有SCLS及SMSOF方法特点的基础上，开展了以下几个方面的研究工作，得到了几个改进的IIR数字滤波器设计算法。 1.将SMSOF方法与SCLS方法相结合，把IIR数字滤波器的minimax设计问题转化为一系列分母为二阶的IIR数字滤波器CLS设计子问题。首先把minimax设计问题转化为一系列分母为二阶的IIR数字滤波器minimax设计问题；然后将得到的每一个minimax设计问题进一步转化为分母为二阶的IIR数字滤波器CLS设计子问题，其频率响应误差上界由收缩-二分技术来产生。仿真实例说明本文方法可以得到更小的频率响应误差和通带群延迟误差。 2.将SCLS方法进行推广，提出了IIR数字滤波器设计的两种序列约束minimax(SCMM)方法。两种方法都在原minimax设计问题中，增加了使过渡带最大频率响应误差最小的要求。两者的不同在于：方法一通过收缩-二分技术最小化过渡带最大频率响应误差，用直接minimax算法最小化通带和阻带的最大频率响应误差；方法二则倒过来，通过收缩-二分技术最小化通带和阻带的最大频率响应误差，而用直接minimax算法最小化过渡带最大频率响应误差。仿真实例表明：两种方法都可以在极小化通带和阻带最大频率响应误差的同时，有效减小过渡带幅值响应的过冲和通带边缘的群延迟误差。 3.将SCMM方法与SMSOF方法相结合，改进了SCMM方法。充分利用基于二阶因子的稳定三角形条件，将IIR数字滤波器的minimax设计问题转化为一系列分母为二阶的IIR数字滤波器约束minimax设计子问题，在通带和阻带最大频率响应误差尽可能小的前提下，过渡带上幅频响应的过冲及带边群延迟误差得到进一步减小。

关键词： 有限冲击响应   数字滤波器   数字信号处理   分布式算法   FDATool  

摘要： 信号是信息传播的重要载体，但在其产生、发送以及传播的过程中，都会不可避免地引入一些其他的信号成分。因此，在进行信号处理前，就需要将有效信号从带有干扰的原始信号中提取出来，这几乎是所有科学技术领域都必然涉及的重要环节，也是滤波技术的核心所在。 随着电子信息技术的飞速发展，信号的频率越来越高，所包含的数据量也越来越大，这都对滤波器的信号实时处理能力提出了更高的要求。由于数字滤波器在系统稳定性和处理精度等方面都具有比模拟滤波器更大的优势，故已被广泛应用于语音处理、图像处理和雷达接收机等领域中。 鉴于数字滤波器所具备的优点及广泛的应用前景，本文将基于数字信号处理和数字滤波技术的基本原理，对数字滤波器的硬件实现方案以及有助于系统性能提升和模块结构简化的方法进行讨论。同时，也将借助Matlab和Modelsim等工具软件，利用窗函数法，完成对一款64阶带通FIR数字滤波器的设计。 该数字滤波器采用了“超前进位—进位选择”的宽位加法器结构以及串并结合型分布式乘累加结构，且具有线性的相位频率响应特性，并能够从输入信号中提取出频率在150MHz左右的有效信号。

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： MATLAB   IIR数字滤波器   FIR数字滤波器  

摘要： 本文主要内容是通过MATLAB工具设计两种数字滤波器的基本方法。这两种数字滤波器指无限脉冲响应(IIR, Infinite Impulse Response)滤波器和有限脉冲响应(FIR, Finite Impulse Response)滤波器,输入和输出信号皆为数字信号。以往传统的数字滤波器设计方法步骤繁琐,计算环节繁杂,一旦设计完成,无法便捷修改滤波特性曲线,十分不便,以上缺点极大的限制了数字滤波器的发展与应用。而MATLAB及其附带的工具箱功能十分强大,我们利用该软件设计上述的两种滤波器,可以做到随时把结果曲线与目标滤波特性曲线对比,从而做出改进,节省时间和工作量,优点十分显著。 本论文分为三部分：第一部分为序论,简单介绍数字信号处理中滤波器的作用和前景；第二部分介绍用MATLAB设计FIR数字滤波器的方法,包括窗函数法、频率采样法和最优等波纹法,最后使用MATLAB程序实现了IIR带通和低通滤波器的设计,并总结了上述几种方法各自的优缺点；第三部分介绍用MATLAB设计IIR滤波器的方法,主要介绍了基于两种转换原理的数字——模拟转换法,以及通过MATLAB实现转换法的具体做法,同时也用MATLAB程序直接设计了IIR带通和低通滤波器。

关键词： IIR数字滤波器   minimax设计   Gauss-Newton策略   序列约束最小二乘方法   序列最小化方法  

摘要： 随着科学技术的快速发展，数字信号处理技术在各个领域得到广泛的应用，而数字滤波是数字信号处理的重要环节。无限冲击响应(IIR)数字滤波器相比有限冲击响应(FIR)滤波器具有更高的选频特性、更小的通带群延迟，而且可以用更少的乘法单元来实现，从而引起研究人员的广泛关注。然而，IIR滤波器没有精确的线性相位和内禀稳定性，其设计问题形成的数学模型通常是非线性约束非凸规划模型，相对于FIR滤波器设计来说更具挑战和难度。 本文考虑IIR数字滤波器的设计问题，主要研究稳定IIR滤波器的minimax设计，首先介绍了IIR滤波器设计的研究现状，回顾了IIR数字滤波器和最优化方法的基本理论，探讨了IIR数字滤波器的设计方法，分析了针对IIR滤波器设计非凸性和稳定性问题现有解决方法的不足，以及可能采取的改进措施。在以上理论分析的基础上，本文主要完成以下工作： 1．研究了高斯-牛顿(GN)策略与稳定性正实条件及广义正实条件的结合。GN策略是针对IIR数字滤波器minimax设计问题的非凸性提出的一种非常有效的求解策略，它通过用一阶泰勒展开式近似其频率响应，将非凸问题转化为一系列凸问题来求解。为了得到稳定滤波器，现存设计方法将GN策略与Rouche稳定性定理相结合，本论文则将GN策略与稳定性正实条件及广义正实条件相结合，进行稳定IIR数字滤波器的minimax设计，得到了性能优良的设计结果。 2．提出基于GN策略的序列约束最小二乘方法SCLS-GN。针对IIR数字滤波器的minimax设计问题提出的多个设计方法，如线性规划方法、迭代重加权方法、迭代二次规划方法、迭代二阶锥规划方法和迭代半定规划方法等，都在不同程度上使问题得到了较好的解决。最近提出的基于Levy-Sanathanan-Koerner (L-SK)策略的序列约束最小二乘(SCLS)方法则把该设计问题转化为一系列约束最小二乘(CLS)问题，并应用L-SK策略进一步转换为圆约束二次规划问题，比多个新近方法得到了性能更好的滤波器。本论文将SCLS技术与GN策略相结合，把IIR滤波器的minimax设计问题转化为序列约束最小二乘问题，并应用GN策略进一步转化为一系列的圆约束二次规划问题进行求解。设计结果表明，所提方法能够得到性能更优的滤波器。 3．提出了基于GN策略和二阶因子迭代更新的序列最小化方法SMSOF-GN。针对IIR数字滤波器设计的稳定性约束问题，最近提出了基于二阶因子迭代更新的序列最小化(SMSOF)方法，把稳定IIR数字滤波器的minimax设计问题转化为一系列分母为二阶的IIR滤波器minimax设计子问题，并用L-SK策略把子问题转化为一系列圆约束二次规划问题。该方法既能充分利用稳定三角形条件的充分必要性，又不增加设计问题的非凸性。本论文将SMSOF方法与GN策略相结合，用GN策略把每个分母为二阶的IIR滤波器minimax设计子问题转化为一系列二阶锥规划问题，获得了比SCLS-LSK方法和SCLS-GN方法更好的滤波器。

关键词： 捣固车   控制系统   神经网络  

摘要： 对DWL-48连续捣固稳定车的捣固装置控制系统进行分析,认为控制策略的滞后是导致设备现场使用故障的重要原因。以捣固架提升与下降控制为例,提出基于BP神经网络的捣固装置控制系统的设计思路。

关键词： 采煤机   振动信号   FIR数字滤波器   窗函数   Matlab  

摘要： 分析了FIR数字滤波器的原理,介绍了采用窗函数法设计FIR数字滤波器的实现过程。Matlab仿真验证了所设计滤波器可以根据需要调整参数,从而实现需要的滤波功能。设计简单、方便,实用性强。

关键词： 滤波器   幅频   粒子群优化   网络综合   优化算法  

摘要： 采用传统的网络综合法设计滤波器存在带宽不精确及阻带衰减过小的问题,为此,提出一种基于粒子群优化算法的无源模拟滤波器优化设计方法。在网络综合法设计的滤波器电路基础上,利用粒子群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。实例表明,采用该方法设计的滤波器带宽更加准确,且具有更加陡峭的阻带衰减。

关键词： FPGA   级联型   IIR滤波器   仿真  

摘要： 采用层次化的设计思想,先将IIR滤波器分为四个功能模,然后用VHDL语言分别对各模块进行设计,最后完成整个滤波器的设计,并对设计结果进行了仿真。仿真结果表明,设计的IIR数字滤波器运算速度较快。