[发明专利]全频域滤波器系数的获取方法

权利要求书

1.一种全频域滤波器系数的获取方法，其特征在于所述全频域滤波器系数的获取方法包括如下步骤：

步骤一：确定滤波器理想特性曲线，具体包括实验室模拟真实环境下的噪声发生情况，测得测试特性曲线，在测试特性曲线的滤波器频带带宽频域上标定目标曲线，在系统频域范围内扩展未明确定义部分定义为扩展定义曲线，将测试特性曲线和扩展定义曲线合起来构成系统的全频域完整特性曲线，从而形成系统频域上的理想特性曲线，其中理想特性曲线包括幅度全频域理想特性曲线与相位全频域理想特性曲线；

步骤二：根据系统设计要求，为理想特性曲线的幅度和相位分别标定幅度匹配空间与相位匹配空间；其中设置匹配空间的方法包括如下步骤：

一：在设置匹配空间的频域上，选取理想特性曲线在起、止频点上的两点，并连接成线；

二：将形成的直线向上和向下平移，移动的幅度范围是根据经验设置允许的设计偏差范围来确定的，向上移动的范围为0～∞，向下移动的范围为0～横轴M＝0；

三：向上、向下平移后的两条直线与设置匹配空间的频域起、止点上的两条纵线形成的四边形，即是匹配空间，匹配空间必须将这一频段的理想特性曲线包括在内；

四：实际特性曲线落入匹配空间内的被认为是完美匹配，对滤波器性能没有任何影响，实际特性曲线落入匹配空间外的被计入误差面积；

步骤三：以幅度的匹配空间为基础，在匹配空间的频域上标定扫描空间；

步骤四：将理想特性曲线和实际设计出来的滤波器的实际特性曲线的差异作为滤波器设计好坏的衡量标准，定义为误差面积S_全域，其中

S_全域＝S_幅度+S_相位；

步骤五：从窗函数中选取所需的扫描曲线，对扫描空间分别进行扫描；

步骤六：对扫描进程的每一步，从扫描曲线的位置获取权重系数,每一次扫描确定一组权重系数，将理想特性曲线的幅值、相位和这一组权重系数作为滤波器系数，利用标准滤波器函数，生成一条滤波器实际特性曲线；

步骤七：根据滤波器的实际特性曲线、理想特性曲线和定义匹配空间的上下直线，计算误差面积S_全域，其中S_全域＝S_幅度+S_相位，在分别计算S_幅度和S_相位时，将误差面积所在的频域分成n个频点，计算每个Δf上的误差面积S_幅度(Δf)和S_相位(Δf)；最终得出S_全域＝∑S_幅度(Δf)+∑S_相位(Δf)；

步骤八：比较在不同扫描过程中获得的S_全域，确定在该扫描空间最小的S_全域的扫描曲线位置；

步骤九：获取各个扫描空间内的S_全域最小的扫描曲线位置后，再对扫描空间的全域微调，即在已得扫描曲线位置附近进行微调扫描，进一步减少S_全域的误差面积；

步骤十：重复上述步骤五至步骤九，获得最小S_全域误差面积，确定对应的最佳的滤波器系数。

2.如权利要求1所述的全频域滤波器系数的获取方法，其特征在于：在滤波器的频域范围内，权重系数的取值范围为0～100，在滤波器通带频域内，需要满足滤波器的特性曲线完美匹配目标曲线，所以权重系数的取值设为最高100，在其它的频域区域则定义为扫描空间，该区域权重系数的取值范围可以设为0～100之间不同的值。

3.如权利要求2所述的全频域滤波器系数的获取方法，其特征在于：步骤六中选取直线作为扫描曲线为例，该扫描曲线用公式表示为：

W＝[(100–c)/f0]f+c，其中c为权重；

该扫描曲线从c＝100开始到c＝0结束在扫描空间内进行扫描，扫描过程中c值的变化大小根据设计需要进行调节，初次扫描时Δc较大，微调时在设定的c值区间范围内Δc很小，c值区间范围设定是根据扫描后计算的最小误差面积来决定的；将频域分n个频点，对c值的每一次变化所确定的扫描曲线进行采样，获取一组权重系数，之后将理想特性曲线的幅值、相位和这一组权重系数作为滤波器系数，利用标准滤波器函数，生成一条滤波器实际特性曲线。

4.如权利要求1所述的全频域滤波器系数的获取方法，其特征在于：

S_幅度(Δf)和S_相位(Δf)分以下两种方式计算：

在滤波器通带频域内，误差面积则根据实际特性曲线和理想特性曲线来计算：

S_幅度(Δf)＝|幅度差(M_{理想特性曲线}-M_{实际特性曲线})|*Δf

S_相位(Δf)＝|相位差(P_{理想特性曲线}-P_{实际特性曲线})|*Δf

在滤波器通带频域外，当实际特性曲线落入匹配空间之内时，不用计算误差面积；当实际特性曲线落入匹配空间之外时，根据实际特性曲线和定义匹配空间的上下直线计算误差面积，实际特性曲线高于上直线的用上直线来计算，低于下直线的用下直线来计算。