[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

说明书

本发明提出了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，用以解决现有无乘法数字滤波的电路硬件实现复杂、精度不高的问题。本发明的步骤如下：设计包含有延时器、移位器和加法器的子系统；将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形成一个完整的无乘法数字滤波器结构；采用二进制编码方式对生成指令的序列进行编码，利用演化算法对指令序列进行优化，得到优化的无乘法数字滤波器；将优化后的无乘法数字滤波器的数据以文件的形式保存下来，对以上数据文件进行仿真。本发明得到的无乘法IIR数字滤波器结构稳定、性能良好、信号处理速度快、拥有自由的随机结构。

技术领域

本发明涉及数字滤波器设计的技术领域，尤其涉及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。

背景技术

近年来，随着信息科学技术的发展，数字滤波器在电子信息领域扮演着越来越重要的角色。数字滤波器因其高精度、易于集成、性能稳定，被广泛应用于图形处理、电子通信、航空、军事、生物医疗等各个领域。由于数字滤波器强大的数字信号处理能力，它在信息传输领域发挥着无可替代的作用。

数字滤波器由基本的逻辑元器件(乘法器、加法器、延时器)组成，可以对信号的频率成分进行选择，传输所需的频段信号，过滤干扰噪声。但由于数字滤波器含有乘法器，硬件构成复杂，实现困难，同时乘法器的运算特性也限制了数字滤波器的运算速度。为了保证数字滤波器能够在复杂的工作环境里对信号进行实时高速处理，无乘法数字滤波器设计成为了解决问题的关键。现有的无乘法数字滤波器设计是基于已知的经典数字滤波器结构，然后对数字滤波器中的乘法器系数量化为二次幂的和或差，这种方法设计的无乘法数字滤波器结构固定，不能满足滤波器的结构要求，而且设计的无乘法数字滤波器性能并不理想。已经被授权的无乘法器的数字滤波的发明(申请号为CN99809386.6)是基于硬件电路进行FIR滤波设计，通过比特组块硬件电路实现无乘法器的数字滤波，这种方案存在电路硬件实现复杂、精度不高等缺陷。

发明内容

针对现有无乘法数字滤波的电路硬件实现复杂、精度不高，不能满足滤波器的结构要求的技术问题，本发明提出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，得到了性能理想、结构稳定、信号处理速度快、拥有自由随机结构的无乘法IIR数字滤波器，通过可编程的数字芯片能够实现各种滤波功能，可广泛应用于各种信号通信领域。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：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。

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。