[發明專利]基于窗函數設計的濾波器性能檢測方法和系統有效

申請號：	201410058979.8	申請日：	2014-02-20
公開（公告）號：	CN103823177A	公開（公告）日：	2014-05-28
發明（設計）人：	李桂愉;楊超;肖恒輝;陳運動;賴志堅	申請（專利權）人：	廣東省電信規劃設計院有限公司
主分類號：	G01R31/3181	分類號：	G01R31/3181
代理公司：	廣州華進聯合專利商標代理有限公司 44224	代理人：	王茹;陶品德
地址：	510630 廣東省廣***	國省代碼：	廣東;44
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摘要：
搜索關鍵詞：	基于函數設計濾波器性能檢測方法系統
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【說明書】：

技術領域

本發明涉及數字濾波器設計領域，特別是涉及一種基于窗函數設計的濾波器性能檢測方法和系統。

背景技術

數字濾波器是數字信號處理分析中主要的組成部分之一。與模擬濾波器相比，它具有精度和穩定性高、系統函數容易改變、靈活性強、便于大規模推廣和可實現多維濾波等優點。

數字濾波器在信號的過濾、檢測和參數估計等方面起著重要的作用。在用戶接收端，其接收的信號往往夾雜著噪聲及無用信號成分，必須通過數字濾波器將這些干擾成分濾除。數字濾波器通過對信號進行篩選得到適用于特定頻段的信號。具體而言，數字濾波器主要的作用是利用離散時間系統的特性對輸入信號波形（或頻譜）進行加工處理，利用數字方法按預定的要求對信號進行改造。根據噪聲頻率分量的不同，可選用具有不同濾波特性的濾波器。當噪聲的頻率高于信號的頻率時，應選用低通濾波器，反之，選用高通濾波器。當噪聲的頻率低于或高于信號的頻率時，應選用帶通濾波器。當噪聲的頻率處于信號的頻率范圍時，應選用帶阻濾波器。

對于實時信號處理來說，理想濾波器因為其非因果特性，即濾波器的頻率響應特征H(w)從通帶到阻帶，不能無限急劇的截止，也就是說，不能從1突變到0，這使得理想濾波器在工程上是不可能實現的。為此，在實際工程應用中，一般按照一定的約定條件對因果濾波器進行設計，從而最大幅度地接近理想濾波器的性能。

目前，關于有限脈沖響應（Finite?Impulse?Response，FIR）數字濾波器的設計方法有窗函數法、頻率采樣法和等波紋逼近法。等波紋逼近法能使特定頻帶上的波紋均勻，但不能精確控制特定頻率點上的響應，而且其設計過程非常復雜，并不適合快速工程實現。頻率采樣法是一種頻域的濾波器設計方法，該方法能夠精確實現采樣點的頻率響應，但需要插入過渡點以改善紋波，同時，截止頻率不易控制，過渡點也需要優化設計。與前兩者相對應，窗函數法是一種時域的濾波器設計方法。其主要是通過利用大于濾波器長度的頻率采樣點數，加載窗函數截取單位脈沖響應來改善紋波。窗函數在數字通信領域有很多應用，如快速傅里葉變換、有限沖擊響應的濾波器設計等等，特別是濾波器設計，利用窗函數可以減小頻譜泄漏，但同時降低了頻譜分辨率。實際上，減少頻譜泄露與提高分辨率是互相矛盾的，因此，設計一種合理的窗函數對解決這個矛盾非常重要。在設計FIR數字濾波器時，廣泛應用窗函數法。窗函數法因其具有結構簡單、物理意義清晰、便于推廣實現等優點，得到了廣泛的應用。

基于窗函數法的數字濾波器的設計算法，現有的研究主要集中在設計窗函數上。常規的做法有多項式法和基于進化算法的求解方法。然而，現有的方法對于基于窗函數法設計出來的濾波器，卻無法進行快速精確的檢測其濾波性能。如果濾波器不滿足設計條件，難以做到快速的更改，導致在進行濾波器設計時不能快速獲得高效的數字濾波器。

發明內容

基于此，有必要針對上述無法進行快速精確的檢測濾波器的濾波性能的問題，提供一種基于窗函數設計的濾波器性能檢測方法和系統。

一種基于窗函數設計的濾波器性能檢測方法，包括如下步驟：

計算基于窗函數設計的濾波器的頻譜函數；

確定所述頻譜函數的實部和虛部，并根據所述實部和虛部獲取濾波器的頻譜主瓣寬度；

求解頻譜函數的旁瓣峰值，獲得濾波器的旁瓣峰值；

根據所述頻譜主瓣寬度和旁瓣峰值確定濾波器的濾波性能。

一種基于窗函數設計的濾波器性能檢測系統，包括：

頻譜函數計算模塊，用于計算基于窗函數設計的濾波器的頻譜函數；

主瓣寬度獲取模塊，用于確定所述頻譜函數的實部和虛部，并根據所述實部和虛部獲取濾波器的頻譜主瓣寬度；

旁瓣峰值求解模塊，用于求解頻譜函數的旁瓣峰值，獲得濾波器的旁瓣峰值；

濾波性能確定模塊，用于根據所述頻譜主瓣寬度和旁瓣峰值確定濾波器的濾波性能。