具有系数相关性的可变分数时延滤波器设计方法

针对可变分数时延滤波器设计中的复杂度问题提出一种设计方法,将时域插值与泰勒级数展开相结合对Farrow结构进行系数配置,推导出相应的滤波器系数相关公式。该方法设计出的滤波器具有系数相关性,可使近一半滤波器系数独立,并得到低复杂度的滤波器实现结构。从复杂度、幅频响应及群时延、误差方面进行理论推导和仿真验证,分析结果表明,所提方法能有效降低可变分数时延滤波器的复杂度和计算成本。

基于稀疏约束的低复杂度可变分数时延滤波器

针对基于Farrow结构的可变分数时延(Variable fractional delay,VFD)滤波器需求解大量子滤波器系数这一关键问题,本文将稀疏约束理论引入滤波器的权系数优化中,研究具有稀疏系数的Farrow结构滤波器。在极大极小(Minimax)准则下,通过添加L1正则化约束项改进权系数优化模型,在系数(反)对称性基础上进一步增加系数的稀疏度。然后,采用交替方向乘子法(Alternating direction method of multipliers,ADMM)进行权系数迭代求解。仿真实验表明,本文提出的基于稀疏约束的VFD滤波器在保证高延迟精度的同时,乘法器和加法器分别减少了47.69%和58.60%,极大地降低了系统运算量以及复杂度。

基于分数时延滤波器的起车信号相位精确估计技术

起车信号分析是大型回转机械故障诊断的有效手段,其中相位信息的精确估计是起车信号分析的重要内容。由于自由采样以及起车信号本身调频调幅特性等的影响,已有方法往往不能有效实现相位的精确估计。提出一种基于分数时延滤波器的起车信号分析方法,由于该方法可以在离散的采样点之间实现分数内插,进而方便地将自由采样的起车信号转换为等角度采样信号,有效实现瞬时相位的精确估计。采用仿真信号和试验结果对该方法的有效性和精确性进行验证。

基于分数时延滤波器的宽带数字信号时延的实现

阐述了基于分数时延滤波器的时延方法设计原理，对其中4种代表性的设计方法的时延性能进行了评估，给出宽带数字线性调频信号的时延仿真结果，该方法可用于宽带雷达数字信号处理。

基于全通型分数时延滤波器的数字阵列宽带波束形成

对于宽带数字阵列雷达,由于孔径效应和孔径渡越时间影响,传统的窄带波束形成方法会导致天线波束指向不准和主瓣展宽,为此需要使用时延补偿单元取代传统窄带相控阵中的移相单元。为实现宽带数字阵列各阵元传输时延的精确补偿,可以引入分数时延滤波器。采用最小二乘法设计全通型分数时延滤波器,与群延迟最大平坦法相比较,该法灵活性更高,通过MATLAB仿真进一步验证了所设计滤波器的有效性和正确性。

可变分数时延滤波器在超声成像系统中的应用

为了提升超声成像系统的图像质量,将可变分数时延滤波器引入超声成像系统声束形成环节,首先介绍了一种在实践中便于实现,且节省存储资源的Farrow结构可变分数时延滤波器,通过仿真验证了该时延滤波器能够提高时延精度,有效弥补时延误差导致的图像尾影;其次在FPGA中实现了该滤波器功能,时序仿真结果说明FPGA实现结果与理论分析一致,可用于实际工程实践。

Hermite分数时延滤波器在声纳信号源仿真逆波束形成中的应用

针对传统分数时延滤波器的幅频特性与群时延特性在信号高频段性能恶化的现象,提出了基于Hermite插值多项式的时延滤波器来逼近理想非整数延时滤波器的系统函数。搭建Farrow型结构,以解决阵列声纳信号源仿真中信号高频部分衰减失真过大、可变延时等问题。仿真和试验结果表明:Hermite分数时延滤波器的频率响应特性优于同阶传统分数时延滤波器,在整个归一化频带内的均方误差仅为8.18%;在信号波束形成中,Hermite分数时延滤波器高频段衰减较小,使其波束图具有较小的副瓣电平;时延仿真信号与试验实测信号的均方误差保持在0.97%左右,验证了Hermite分数时延滤波器的有效性。

低复杂度的可变分数时延滤波器设计

为实现低复杂度、高精度的可变分数时延滤波器设计,该文提出一种截止频率可控的高效设计法。该方法将全相位滤波器的解析设计与三次样条插值和泰勒级数展开相结合,既可以通过设置时延参数精确地调整滤波器的分数时延,又可以通过设置截止频率参数快速配置Farrow结构中各子滤波器的抽头系数,从而灵活地调整滤波器的截止频率。仿真实验表明,所提方法适用于设计具有中、低截止频率的可变分数时延滤波器,其设计复杂度相比于现有的加权最小二乘设计法低1个数量级。

一种基于二阶锥规划的浮点分数时延滤波器

宽带图像声纳通常采用分数时延滤波器来提高时延精度。传统的分数时延滤波器基本采用Farrow定点结构,但其动态范围窄并且需要占用较多的硬件资源。为克服上述不足,提出了一种采用二阶锥规划(SOCP)算法进行分数时延滤波器系数设计,并以分布式算法为基础的浮点分布式时延滤波器。该滤波器具有计算精度高、动态范围大等优点,适于在FPCA上进行规模化应用。

等间隔分数时延滤波器及其线性插值设计

针对宽带数字信号精确可变时延需求,研究等间隔分数时延滤波器及其线性插值方法。现有分数时延滤波器设计方法不能应用于可变时延,基于多采样率信号处理理论,提出等间隔分数时延滤波器设计方法。将所需时延近似为等间隔分数时延,选取对应时延滤波器组对信号进行时延,满足工程中变分数时延滤波需求。为提高时延滤波精度,提出对相邻滤波器系数线性插值的分数时延滤波器设计方法。对线性调频信号仿真结果表明,所提方法与常规分数时延滤波方法运算量相当,且适用于宽带信号的精确可变时延应用。

高精度分数时延滤波器设计的边界拟合Remez算法

在卫星星间测距模拟信号仿真及实际测试中,为提高测距模拟信号精度和系统可用带宽,提出基于边界拟合Remez算法的高精度分数时延滤波器的设计算法。该算法利用Farrow结构的多项式近似思想,采用多项式拟合Remez算法设计滤波器的冲激响应边界系数,通过多相分解实现分数时延滤波器组。该算法改善了当设计的滤波器阶数较高时冲激响应边界的不连续现象,进而降低了群时延误差,提高了精度。仿真结果表明,该算法设计的滤波器的分数时延精度得到了提高,同时系统可用带宽提高近一倍,实现时需使用的乘法器数目也有明显降低。

宽带数字波束形成中的分数延时滤波器设计优化

在宽带数字波束形成处理中,一个关键问题是对阵列天线接收到的信号进行包络延时补偿。解决该问题的基本方法是通过分数延时滤波器对输入信号进行延时。本文主要讨论Farrow结构的分数延时滤波器设计优化方法,以便于工程应用。

基于加权最小二乘法的分数延时滤波器设计

相较于传统的可变分数延时滤波器无法满足延时的实时变化,Farrow结构延时滤波器因其独特的结构可以灵活地调整时延且不需重新设计滤波器系数。以加权最小二乘法作为分数延时滤波器系数配置的基本方法,通过建立离散加权平方误差函数对滤波器系数的配置进行理论推导。并设计一种最小化幅度响应最大绝对误差的迭代判断条件来确定权重函数,用以更新滤波器系数来实现滤波器性能的优化。

基于分数延时滤波的时域平均改进算法

为减小非整周期采样引入的截断误差对时域平均分析精度的影响,提出一种基于分数延时滤波的时域平均改进算法。在分析现有时域平均方法不足及分数延时滤波特性的基础上,方法利用现有的信号截断改进方法避免了截断误差累积并获得截断信号的延时因子,结合分数延时滤波实现对截断信号的重构与重采样,最后对各截断信号进行叠加后求算术平均。理论分析与实验结果表明:方法充分利用了分数延时滤波在改变延时因子方面的优势,明显减小了非整周期采样时信号截断误差,能有效提高无时标时域平均的分析精度。

分数延时FIR滤波器设计及仿真

设计一种新型的分数延时有限长单位冲激响应(Finite impulse response,FIR)滤波器的设计方案和主要工作原理。研究重点在于通过对提出的算法进行仿真验证,并与传统算法进行比较,验证该算法的优越性。设计结构主要采用Farrow结构,以达到节省硬件资源的目的。仿真验证采用的工具是Matlab。

基于分数延时滤波的2FSK差分检波解调器

研究数字通信信号调制稳定性和可靠性问题,针对2FSK差分检波解调器中有效解决精确延时技术,由于可调滤波器系数计算复杂,为实现精确延时,引入拉格朗日插值法设计了一种直接型N阶FIR分数延时滤波器。滤波器具有低通性,通带内相频响应和幅频响应与理想分数延迟滤波器相同,能使2FSK调制信号无失真的延时分数倍采样周期,在DSP Builder软件上仿真2FSK差分检波解调系统,结果表明,采用拉格朗日插值法设计的分数延时滤波器完全能够满足2FSK差分检波解调的技术要求,为2FSK差分检波解调器的FPGA硬件实现提供了技术保证。

基于分数时延的宽带数字阵列波束形成

对于宽带数字阵列雷达,传统的波束形成方法会导致天线波束扫描不准和主瓣展宽,为此需要使用时延补偿单元取代传统窄带相控阵中的移相单元。为实现宽带数字阵列各阵元传输时延的精确补偿,引入分数时延滤波器。通过对一种分数时延滤波器设计方法及宽带数字阵波束形成原理的分析,提出针对有载波宽带雷达信号的接收波束形成实现结构。仿真结果表明了该方法的有效性,与传统波束形成方法相比,其性能与理想延时更接近。

分数延时滤波器设计与研究

面对日益复杂的战争环境和电磁环境,干扰机需要在同一时刻干扰多个目标,数字同时多波束技术能够有效地解决这一问题。分数延时滤波器是实现数字多波束网络的核心技术,用数字延时的方法代替传统移相方法,能够有效地解决方向图扫描不准和主瓣展宽等问题。推导了数字波束形成结构,而且通过窗函数法、复频响应法和可变参数的Farrow结构法去设计分数延时滤波器,并对它们的性能进行了分析比较。

分数延时时域平均方法在风电齿轮箱诊断中的应用

针对变速工况下风电齿轮箱频谱结构复杂,传统频谱分析难以对故障进行有效识别和定位的问题,将分数延时滤波技术与时域平均方法相结合,采用一种基于啮合频率预估与重估的方法进行转频跟踪实现信号分段截取,提出一种线性时变延时滤波算法实现在定采样频率、变回转速度条件下对信号采样点数进行统一,实现了无时标变转速时域平均。风电齿轮箱现场故障案例验证了方法的有效性。

基于Hermite插值滤波器的直接延时补偿超宽带波束形成技术研究

超宽带(UWB)信号波束形成是UWB雷达的关键性技术。传统的波束形成方法存在瞬时带宽和扫描角度受限,波束偏移等问题,直接延时补偿法是避免上述问题的有效途径。该文提出了基于Hermite插值滤波器的直接延时补偿波束形成方法,理论分析和仿真结果均表明Hermite插值滤波器幅频特性和群时延特性优于目前常用的Lagrange和径向基插值滤波器。超宽带线性调频信号实例仿真也表明了该方法在超宽带波束形成性能方面的优越性。