[發明專利]開關電流自適應混沌差分進化小波濾波器設計方法

有效

• 申請號: 201110054550.8
• 申請日: 2011-03-08
• 公開（公告）號: CN102176214A
• 公開（公告）日: 2011-09-07
• 發明（設計）人: 何怡剛;李目
• 申請（專利權）人: 長沙河野電氣科技有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 長沙星耀專利事務所 43205
• 代理人: 寧星耀

技術領域

本發明涉及一種開關電流自適應混沌差分進化小波濾波器設計方法。

背景技術

小波濾波器廣泛地應用于信號分析、圖像與語音處理以及非線性科學等領域，小波濾波器的設計倍受重視?，F有技術中，存在多種小波濾波器設計方法。在已報道的開關電容小波濾波器設計方法中，通過調節電路時鐘頻率或電容比，實現濾波器膨脹系數控制，但需要線性浮置電容，與數字CMOS工藝不兼容。同時，該濾波器中運算放大器存在的非理想性影響設計精度。此外，由于集成工藝尺寸的縮小導致電源電壓不斷降低，將直接減小作用于開關電容上的最大電壓擺幅，從而減小小波濾波器的最大可達動態范圍。在對數域小波濾波器設計方法中，常采用Padé逼近法求取濾波器的頻域傳遞函數，但這種逼近中傳遞函數的分子和分母多項式次數難于確定，且不能保證獲得的逼近系統是穩定的；對數域積分器的時間常數與熱電壓V_T成正比，易引起濾波器頻率特性不穩定。采用L₂范數法設計OTA-C小波濾波器，求小波逼近函數時易陷入局部最優，且其逼近性能取決于初始值的選擇；OTA-C濾波器的時間常數決定于元器件參數的絕對值，由于制造工藝的容差導致元器件參數偏離設計值和隨工作條件的變化而變化，因此，使其濾波器頻率特性的精度和穩定性難于滿足系統的需要。

發明內容

為了克服現有技術存在的上述缺陷，本發明提供一種具有高頻特性好，動態范圍大，適合低電壓下工作和與數字CMOS工藝兼容的開關電流自適應混沌差分進化小波濾波器設計方法。

本發明的技術方案是：其包括以下步驟：(1)根據網絡函數逼近理論，構造基本小波函數的時域逼近函數；(2)小波逼近函數的最優系數求解；(3)小波逼近函數的Laplace變換；(4)求得小波濾波器的網絡函數；(5)小波逼近網絡函數的開關電流技術綜合，即采用開關電流技術設計小波濾波器；所述小波逼近函數的最優系數求解采用自適應混沌差分進化優化算法。

所述網絡函數逼近理論是指因通常的小波函數是非因果的，不能直接通過硬件電路實現，為了設計可現實的小波變換電路，對小波函數求取時域逼近函數。

所述小波逼近函數的通用表達式可表示為其中，A_i和P_i為系數，可以為實數或虛數，i為下標，n為濾波器階數，t為時間變量。

所述開關電流技術是基于電流模的模擬取樣數據信號處理技術，它采用離散時間取樣數據系統處理連續時間模擬信號。

所述自適應混沌差分進化優化算法是在基本差分進化算法的基礎上，引入混沌理論初始化種群，提高種群的多樣性；在變異和交叉操作中引入自適應策略，根據算法的搜索進展情況，自適應地確定變異率和交叉率，提高算法的全局尋優能力。

本發明的原理是：根據網絡函數逼近理論，構造基本小波函數的時域逼近函數，采用自適應混沌進化優化算法求取小波逼近函數最優系數，從而獲得最優小波逼近函數與小波濾波器網絡函數，再利用開關電流技術設計小波濾波器。

本發明提出了一種新的小波濾波器設計方法，與現有技術相比，構造的時域小波逼近函數具有通用性，適合于任意小波函數的逼近；自適應混沌差分進化算法具有操作過程簡單，收斂速度快和全局最優能力強等優點；開關電流技術設計的小波濾波器工作于電流模式，具有低壓、低功耗和高速的特點；與數字CMOS?VLSI工藝完全兼容。

附圖說明

圖1為本發明流程框圖；

圖2為自適應混沌差分進化優化算法逼近的高斯一階導數小波函數；

圖3為自適應混沌進化優化算法逼近的高斯一階導數小波函數零極圖(尺度a＝1)；

圖4為開關電流雙二次濾波器框圖；

圖5為開關電流雙二次濾波器；

圖6為開關電流高斯一階導數小波濾波器；

圖7為高斯一階導數小波濾波器脈沖響應(a＝1，2，4，8，16)；

圖8為不同尺度高斯一階導數小波濾波器幅頻特性；

圖9為輸入電力負載信號的開關電流小波濾波器輸出結果。

具體實施方式

以下結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。

參照圖1，本實施例包括以下步驟：(1)根據網絡函數逼近理論，構造基本小波函數的時域逼近函數；(2)采用自適應混沌差分進化優化算法求解小波逼近函數的最優系數；(3)小波逼近函數的Laplace變換；(4)求得小波濾波器的網絡函數；(5)小波逼近網絡函數的開關電流技術綜合，即采用開關電流技術設計小波濾波器。