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。

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。

基于可变分数延时FIR滤波器的小电流接地系统故障选线方法

故障选线是小电流接地系统故障维修的基础。为降低错选率,本文提出了基于可变分数延时FIR滤波器的小电流接地系统故障选线方法。利用无线传感器感知接地系统线路的零序电流信号,采用开、闭组合滤波算法对信号进行滤波处理,利用可变分数延时FIR滤波器进行信号变换、分数时延校正,提取到零序电流信号的全域幅度特征,采用余弦相似度确定系统的故障线路,以此实现基于可变分数延时FIR滤波器的小电流接地系统故障选线。实验证明,本文的故障选线方法错选率在1%以内,选线精度较高,具有一定的推广应用价值。

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。

考虑MAF延时和前馈补偿的高压直流快速锁相环

同步参考坐标系锁相环是高压直流(high voltage direct current,HVDC)同步触发控制系统中广泛应用的一种窄带宽锁相环,在交流系统故障引起相位跳变情况下,其动态响应缓慢。为增大锁相环的带宽,一种滑动平均滤波器(moving average filter,MAF)被前置于锁相环路,然而MAF本身存在响应延迟,制约了锁相环的同步速度。为了缓解响应延迟问题,文中提出一种考虑MAF延时和前馈补偿的HVDC快速锁相环。首先,利用MAF线性暂态特征预测相位变化,并分别针对故障接入和切除引起的相位跳变问题提出不同的补偿策略;接着,利用不变性原理对锁相环路进行前馈补偿,在负反馈控制和前馈补偿共同构成的复合校正控制系统的作用下,锁相环能够在较小PI参数下实现快速响应;最后,将所提快速锁相环在CIGRE HVDC标准模型和三峡—上海直流工程模型中进行仿真验证。结果表明,该快速锁相环能够有效缓解滤波器响应延迟的制约,缩短失锁时间,进而提高高压直流逆变侧抵御换相失败的能力。

多级延时消去滤波电压频率实时检测方法

实时检测电网电压频率是电力系统控制与保护的前提,然而在非理想三相电网电压情况下,频率检测存在速度慢、精度低等问题。为此,提出一种多级延时消去滤波数字信号处理技术,在两相αβ静止坐标系下,分离出正交、平衡的基波正序电压成分。进而将两相电压信号进行幅值归一化,结合微分与开方运算,实时检测各种电能质量情况下三相电压的频率信息。详细比较了多级延时消去滤波的衰减特性及动态响应时间,数值仿真与基于数字信号处理器的实验测试结果验证了所提方法的正确性和可行性。该方法适应性强、运算量少、响应速度基本固定,最大稳态检测误差不超过0.05 Hz,适合嵌入式平台实现。

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。

一种Farrow结构数字延时滤波器的设计

普通数字延时滤波器虽然结构简单,但系数计算过程复杂,在延时参数快速变化时,系数更新速度无法满足实时性要求,在工程应用上受限制。采用Farrow结构数字延时滤波器能够更加灵活高效地进行分数延时滤波,延时参数改变时,无需重新计算滤波器系数,更容易在现场可编程门阵列(FPGA)上实现。介绍了一种Farrow结构数字延时滤波器,提出采用基于对称结构的滤波器系数求解方法,并经过加权优化,获得最终Farrow滤波器的系数。系数计算过程中,通过对设计所得Farrow滤波器延时精度和误差的分析,调整加权因子的取值和滤波器阶数,进而提高延时精度。计算机仿真结果证明了加权对称系数求解Farrow滤波器系数方法的有效性和实用性。

横向延时自适应滤波器改进及应用

文中详细地介绍横向延时自适应滤波器自适应过程以及LMS算法,提出对LMS算法的一种改进。将其应用到综合录井仪中数据处理中,应用表明该方法具有较好的抑制噪声的作用。

横向时延滤波和IQ正交滤波的滤波效果仿真

由于横向时延滤波和IQ正交滤波在稳定性、收敛速度和误差率等方面的性能差异对于最小均方算法(LMS,Least Mean Squares)在工程上的实际应用具有参考意义,采用数值仿真的方法模拟了两者实现自适应最小均方算法的具体过程,并对比分析了它们的滤波性能。仿真结果显示IQ正交滤波具有更高的稳定性、更快的收敛速度、更小的误差率,其滤波性能优于横向时延滤波。IQ正交滤波器的阶数为2阶,而横向时延滤波器的阶数通常>10,滤波器阶数越多引入的权噪声也会相对增加,对于稳定性、收敛速度和误差率都是不利的,因此实际应用中优先选择阶数较少的IQ正交滤波器。

无数字时延滤波器的宽带大规模阵列雷达去斜算法

在宽带雷达接收机中,为了降低宽带信号采样对模数转换单元性能的要求,需对接收的宽带信号进行去斜处理。传统去斜处理算法需使用数字时延滤波器,具有设计复杂、成本高的缺点,因此不适合大规模阵列应用。为了解决此问题,提出一种无数字时延滤波器的去斜处理算法,通过频率和相位补偿,使各通道数据达到一致,从而省去数字时延滤波器,简化了系统的设计复杂度。结合子阵划分技术,减少处理通道数量,降低系统硬件成本与数据处理难度。同时,还分析了所提算法中回波时延估计误差的边界条件。仿真结果表明,相比传统算法,该算法输出信噪比更高,且对回波时延估计误差的敏感度更低。

宽带波束形成中小数时延滤波器设计

以电子战中的宽带波束形成器设计为背景,阐述了数字延迟线与小数时延滤波器相结合的时域波束形成方案,并引入广泛应用于多速率系统中的Farrow结构可变时延滤波器。针对宽带Farrow结构滤波器中乘法器资源消耗量较大的问题,采用对称结构的子滤波器系数求解方法,最后通过多次仿真验证了设计的合理性并给出相关设计参数的一般取值,为后续工程上的实现奠定了理论基础。

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。

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。

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。

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。

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。

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。