[发明专利]一种利用频响特性配置的全相位滤波器组的方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及数字信号处理技术领域，尤其涉及一种根据所提供的频响特性如何快速有效地搭建出相应的全相位滤波器组的方法及其装置。

背景技术

在语音^[1]、故障检测^[2]、雷达^[3]、声纳、地震、图像^[4]、通信、控制、生物医学、遥感遥测^[5]、地质勘探、航空航天、自动化仪表^[6]等领域，存在大量的信号特征提取问题。这些特征提取问题的一个常用的角度，就是分析信号所包含的各个频带内的能量相对大小。例如，在语音信号识别^[7][8]中，人的声音频带分布在[300Hz,3400Hz]范围内，不同人的语音差别就体现在该频带中的各个小频段内的能量分布有差异，总体说来，在该频段内女人的声音相比于男人的声音在[300Hz,3400Hz]的高频段内更丰富些，因而女音的特征更尖锐、清脆，男人的声音则更低沉、厚实；例如，在机械故障诊断^[9]中，当出现失衡、支承刚性不足时，振动传感器采集到的信号的1次转频特征就会发生变化，当出现转子横向裂纹、转子对中不良等故障时，振动信号的高倍频的特征就会发生变化；再如，在全光纤周边防范系统的侵犯识别^[10]中，不同侵犯动作(如攀爬围栏、敲击光缆、盗剪围栏等)所对应的振动信号的频带分布也有所不同，其中攀爬动作的低频成分更丰富些，而敲击光缆的高频成分则更丰富些。

另外，当测试环境变化时，信号的频带分布也会出现变化，因而需要的频带特征提取方法的参数也要随之变化。例如，在机械故障诊断中，当转子转速发生变化时，所对应的转频、二倍频、高倍频的频带位置都会随之变化。因而如何设计一种可以快速配置参数的特征提取方法是工程界迫切需要引入的一项重要技术^[11][12]。

滤波器组是解决上述工程问题的有效方法^[13][14][15]。因为滤波器组可以把信号分成多个子带分别进行处理，从各个子带中提取相应的能量特征值而作为信号的特征向量。在工程界中，小波滤波器组^[16]是最常用的实现方法，小波有丰富的小波基^[17]库(如各种Daubechies正交小波和双正交小波)，每种小波基都对应一对高频和低频滤波器组，用这对滤波器组对信号进行多级小波分解^[18][19]或小波包分解^[20]，可以提取出各类信号的特征信息。但是小波滤波器组方法的分割频带的方式是固定的，即从上级分解到下级分解都采用的是均分子带的方式，其参数配置不灵活；而多级分解则意味着要进行多次滤波操作，计算量大。

发明内容

本发明提供了一种利用频响特性配置的全相位滤波器组的方法及其装置，本发明实现了对滤波器的各子带位置、子带宽度以及滤波器系数、频率响应函数快速配置；以及信号特征的准确提取，详见下文描述：

一种利用频响特性配置的全相位滤波器组的方法，所述方法包括以下步骤：

(1)通过长度为2N-1的卷积窗对输入信号x(n)进行卷积；

(2)再将相乘后的间隔N-1的数据两两相加而形成N个数据x′；

(3)对Q个子通道滤波器系数向量进行快速配置频响特性，获取配置后的Q个子通道滤波器系数向量；

(4)通过配置后的Q个子通道滤波器系数向量并行对数据x′做乘累加，获取Q个滤波输出结果y_q(n)。

所述对Q个子通道滤波器系数向量进行快速配置频响特性，获取配置后的Q个子通道滤波器系数向量的步骤具体为：