[发明专利]开关电流自适应混沌差分进化小波滤波器设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种开关电流自适应混沌差分进化小波滤波器设计方法。

背景技术

小波滤波器广泛地应用于信号分析、图像与语音处理以及非线性科学等领域，小波滤波器的设计倍受重视。现有技术中，存在多种小波滤波器设计方法。在已报道的开关电容小波滤波器设计方法中，通过调节电路时钟频率或电容比，实现滤波器膨胀系数控制，但需要线性浮置电容，与数字CMOS工艺不兼容。同时，该滤波器中运算放大器存在的非理想性影响设计精度。此外，由于集成工艺尺寸的缩小导致电源电压不断降低，将直接减小作用于开关电容上的最大电压摆幅，从而减小小波滤波器的最大可达动态范围。在对数域小波滤波器设计方法中，常采用Padé逼近法求取滤波器的频域传递函数，但这种逼近中传递函数的分子和分母多项式次数难于确定，且不能保证获得的逼近系统是稳定的；对数域积分器的时间常数与热电压V_T成正比，易引起滤波器频率特性不稳定。采用L₂范数法设计OTA-C小波滤波器，求小波逼近函数时易陷入局部最优，且其逼近性能取决于初始值的选择；OTA-C滤波器的时间常数决定于元器件参数的绝对值，由于制造工艺的容差导致元器件参数偏离设计值和随工作条件的变化而变化，因此，使其滤波器频率特性的精度和稳定性难于满足系统的需要。

发明内容

为了克服现有技术存在的上述缺陷，本发明提供一种具有高频特性好，动态范围大，适合低电压下工作和与数字CMOS工艺兼容的开关电流自适应混沌差分进化小波滤波器设计方法。

本发明的技术方案是：其包括以下步骤：(1)根据网络函数逼近理论，构造基本小波函数的时域逼近函数；(2)小波逼近函数的最优系数求解；(3)小波逼近函数的Laplace变换；(4)求得小波滤波器的网络函数；(5)小波逼近网络函数的开关电流技术综合，即采用开关电流技术设计小波滤波器；所述小波逼近函数的最优系数求解采用自适应混沌差分进化优化算法。

所述网络函数逼近理论是指因通常的小波函数是非因果的，不能直接通过硬件电路实现，为了设计可现实的小波变换电路，对小波函数求取时域逼近函数。

所述小波逼近函数的通用表达式可表示为其中，A_i和P_i为系数，可以为实数或虚数，i为下标，n为滤波器阶数，t为时间变量。

所述开关电流技术是基于电流模的模拟取样数据信号处理技术，它采用离散时间取样数据系统处理连续时间模拟信号。

所述自适应混沌差分进化优化算法是在基本差分进化算法的基础上，引入混沌理论初始化种群，提高种群的多样性；在变异和交叉操作中引入自适应策略，根据算法的搜索进展情况，自适应地确定变异率和交叉率，提高算法的全局寻优能力。

本发明的原理是：根据网络函数逼近理论，构造基本小波函数的时域逼近函数，采用自适应混沌进化优化算法求取小波逼近函数最优系数，从而获得最优小波逼近函数与小波滤波器网络函数，再利用开关电流技术设计小波滤波器。

本发明提出了一种新的小波滤波器设计方法，与现有技术相比，构造的时域小波逼近函数具有通用性，适合于任意小波函数的逼近；自适应混沌差分进化算法具有操作过程简单，收敛速度快和全局最优能力强等优点；开关电流技术设计的小波滤波器工作于电流模式，具有低压、低功耗和高速的特点；与数字CMOS VLSI工艺完全兼容。

附图说明

图1为本发明流程框图；

图2为自适应混沌差分进化优化算法逼近的高斯一阶导数小波函数；

图3为自适应混沌进化优化算法逼近的高斯一阶导数小波函数零极图(尺度a＝1)；

图4为开关电流双二次滤波器框图；

图5为开关电流双二次滤波器；

图6为开关电流高斯一阶导数小波滤波器；

图7为高斯一阶导数小波滤波器脉冲响应(a＝1，2，4，8，16)；

图8为不同尺度高斯一阶导数小波滤波器幅频特性；

图9为输入电力负载信号的开关电流小波滤波器输出结果。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

参照图1，本实施例包括以下步骤：(1)根据网络函数逼近理论，构造基本小波函数的时域逼近函数；(2)采用自适应混沌差分进化优化算法求解小波逼近函数的最优系数；(3)小波逼近函数的Laplace变换；(4)求得小波滤波器的网络函数；(5)小波逼近网络函数的开关电流技术综合，即采用开关电流技术设计小波滤波器。