[发明专利]一种拥有自由随机结构的无乘法IIR数字滤波器的设计方法

权利要求书

1.一种拥有自由随机结构的无乘法IIR数字滤波器的设计方法，其特征在于，其步骤如下：

步骤一：生成无乘法数字滤波器结构：设计包含有延时器、移位器和加法器的子系统；初始化只有输入端和输出端的数字滤波器系统，将初始的数字滤波器系统输入端设置为第一个活动点，将子系统视作基本单元，根据生成指令，将子系统依次添加到数字滤波器系统中，直至到输出端为止，形成一个完整的无乘法数字滤波器结构；

步骤二：优化无乘法数字滤波器：采用二进制编码方式对生成指令按序连接形成的指令序列进行编码，计算无乘法数字滤波器的适应度，利用演化算法对指令序列进行优化，通过优化的指令序列生成性能更好的无乘法数字滤波器；

步骤三：将优化后的无乘法数字滤波器的结构、幅频响应、相频响应和适应度变化的数据以文件的形式保存下来，然后利用MATLAB软件对以上这些数据文件进行仿真，验证其性能。

2.根据权利要求1所述的拥有自由随机结构的无乘法IIR数字滤波器的设计方法，其特征在于，所述演化算法采用SPS-DE算法、遗传算法GA、粒子群算法PSO、差分进化算法DE、模拟退化算法SA或蚁群算法ACO的智能演化算法。

3.根据权利要求1所述的拥有自由随机结构的无乘法IIR数字滤波器的设计方法，其特征在于，所述子系统为二阶子系统，二阶子系统包括2个延时器、4个移位器和3个加法器，二阶子系统的输入信号与加法器II相连接，加法器II的输出端分别与延时器I和移位器c相连接，延时器I分别与移位器a、延时器II和移位器d相连接，延时器II与移位器b相连接，移位器a的输出端和移位器b的输出端与加法器I相连接，加法器I的输出端与加法器II相连接，移位器c和移位器d的输出端均与加法器III相连接，加法器III的输出信号为二阶子系统的输出信号。

4.根据权利要求1所述的拥有自由随机结构的无乘法IIR数字滤波器的设计方法，其特征在于，所述生成指令包含了子系统的连接方式、子系统中移位器的参数、子系统的输入端子和输出端子的编号，生成指令包括四种指令连接类型，每种连接类型控制着一种子系统的连接方式，依照不同的连接类型，子系统的输入端和输出端被分别连接到相应的节点编号。

5.根据权利要求4所述的拥有自由随机结构的无乘法IIR数字滤波器的设计方法，其特征在于，所述生成指令的四种指令连接类型分别为：连接新的活动点T₁，连接先前的节点T₂、连接系统的输入端T₃，连接系统的输出端T₄；连接新的活动点T₁指令表示新添加的子系统的输入端被连接到当前的活动点，其输出端被连接到新产生的活动点上；连接新的活动点T₁指令执行完成后，活动点改变，新产生的节点变为活动点，活动点编号为当前的活动点编号加1，当前的活动点变为普通节点；连接先前的节点T₂指令表示新添加的子系统输入端被连接到先前的节点、输出端被连接到当前的活动点；连接系统的输入端T₃指令表示新添加的子系统的输入端被连接到系统的输入端、输出端被连接到当前的活动点；连接系统的输出端T₄指令表示新添加的子系统输入端被连接到当前的活动点、输出端被连接到系统的输出端。

6.根据权利要求5所述的拥有自由随机结构的无乘法IIR数字滤波器的设计方法，其特征在于，在完整的无乘法数字滤波器结构生成后，对无乘法数字滤波器的结构进行检查，无乘法数字滤波器的结构中某个节点如果有多个输入和一个输出，这个节点使用加法器进行替换。

7.根据权利要求4所述的拥有自由随机结构的无乘法IIR数字滤波器的设计方法，其特征在于，所述生成指令由指令类型T、子系统的输入端编号I、子系统的输出端编号O和子系统的参数P四部分构成；指令类型T包含四种指令连接类型；依据指令连接类型，子系统的输入端编号I和O的编号值被确定，子系统的输入端和输出端被连接到相应编号的节点；子系统的参数P代表了子系统中移位器的参数值。