[發(fā)明專利]一種用于核輻射探測的數(shù)字濾波器優(yōu)化設(shè)計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610004064.8
• 申請日: 2016-01-06
• 公開（公告）號: CN105680823B
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉志強;馬燕;高晶;譚立寧;劉志勇
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍第二炮兵工程大學(xué)
• 主分類號: H03H17/00
• 分類號: H03H17/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種用于核輻射探測的數(shù)字濾波器優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于：將現(xiàn)有的平均或加權(quán)平均過程看作測量所得等待時間通過FIR濾波器的結(jié)果，并采用IIR濾波器代替現(xiàn)有的平均或加權(quán)平均處理等待時間，通過粒子群優(yōu)化算法對IIR濾波器的系數(shù)[a₁,a₂,…,a_q]、[b₀,b₁,b₂,…,b_q]進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，具體包括如下步驟：

步驟1：初始化參數(shù)

設(shè)置濾波器噪聲增益g、濾波器階數(shù)q、修正因子f(0<f<1)、粒子群規(guī)模M、最大迭代次數(shù)K、權(quán)重c₀、c₁、c₂、粒子最大速度V_max，隨機構(gòu)造M個向量x_i＝{x_i1,x_i2,…,x_i(2q-1)}分別代表M個粒子當(dāng)前位置，設(shè)置迄今為止全局最優(yōu)位置p_g＝{p_g1,p_g2,…,p_g(2q-1)}為任意值，對應(yīng)的濾波器系數(shù)a_g＝{a_g0,a_g1,a_g2,…,a_gq}、b_g＝{b_g0,b_g1,b_g2,…,b_gq}為任意值，響應(yīng)時間T_g為無窮大，各粒子的最優(yōu)位置p_i＝{p_i1,p_i2,…,p_i(2q-1)}為任意值(其中i為粒子序號)，對應(yīng)的濾波器系數(shù)a_i＝{a_i0,a_i1,a_i2,…,a_iq}、b_i＝{b_i0,b_i1,b_i2,…,b_iq}為任意值，各最優(yōu)位置對應(yīng)的響應(yīng)時間T_i為無窮大；

步驟2：采用粒子群優(yōu)化算法進(jìn)行濾波器優(yōu)化設(shè)計；

步驟3：將全局最優(yōu)位置對應(yīng)的濾波器輸出，作為優(yōu)化設(shè)計結(jié)果。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于核輻射探測的數(shù)字濾波器優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于：步驟2中“采用粒子群優(yōu)化算法進(jìn)行濾波器優(yōu)化設(shè)計”，具體包括以下步驟：

步驟2.1：令當(dāng)前迭代次數(shù)k＝1；

步驟2.2：對各粒子進(jìn)行設(shè)計；

步驟2.2.1：令當(dāng)前粒子序號i＝1；

步驟2.2.2：利用式(1)更新粒子x_i：

式中，x_id代表粒子x_i的第d維變量，v_id代表粒子x_i的第d維速度；

步驟2.2.3：對當(dāng)前粒子i，令a_j＝x_ij(j＝1,2,…,q)構(gòu)造濾波器系數(shù)[1,a₁,a₂,…,a_q]，并計算濾波器的極點，若濾波器某極點位于單位圓外，則將該極點的倒數(shù)作為濾波器的極點，并重新計算濾波器系數(shù)[1,a₁,a₂,…,a_q]，同時令x_ij＝a_j(j＝1,2,…,q)更新粒子的前q維；

步驟2.2.4：對當(dāng)前粒子i，令b_j＝x_i(q+j+1)(j＝0,1,2,…,q-2)，b_q-1＝0、b_q＝0，構(gòu)造濾波器系數(shù)[b₀,b₁,b₂,…,b_q]，根據(jù)系數(shù)[1,a₁,a₂,…,a_q]、[b₀,b₁,…,b_q]由式(2)計算濾波器的單位響應(yīng)h₁(n)：

式中，δ(n)為單位函數(shù)，當(dāng)n＝0時，其值為1，否則其值為0；

步驟2.2.5：按式(3)計算濾波器最小噪聲增益g_min：

步驟2.2.6：如果g_min小于等于g，轉(zhuǎn)步驟2.2.7，否則按式(4)更新粒子i的后q-1維，并轉(zhuǎn)步驟2.2.4；

步驟2.2.7：對當(dāng)前粒子i，由式(5)構(gòu)建矩陣A₁、A₂，按式(6)計算向量c：

z＝[1 0 0 … 0](A₁+A₂)^-1 (6)；

步驟2.2.8：由式(7)～(9)構(gòu)建矩陣H₁、H₂、H₃，按式(10)將向量z拆為向量z_a、z_b，按式(11)構(gòu)建向量b₁；

步驟2.2.9：由式(12)計算參數(shù)g₀、ch₁與ch₂，由式(13)計算參數(shù)u、s：

步驟2.2.10：由式(14)計算一元二次方程系數(shù)A、B、C：

步驟2.2.11：計算一元二次方程At²+Bt+C＝0的根，如果兩根為實根，分別將兩根作為濾波器系數(shù)b_q-1，并按式(15)計算濾波器系數(shù)b_q，轉(zhuǎn)步驟2.2.12；否則轉(zhuǎn)步驟2.2.15；

步驟2.2.12：根據(jù)步驟2.2.2所得濾波器系數(shù)a₁,a₂,…,a_q、b₀,b₁,…,b_q-2，結(jié)合步驟2.2.11計算所得b_q-1與b_q的兩組值構(gòu)建兩個濾波器，按式(16)分別計算兩濾波器的階躍響應(yīng)，并以階躍響應(yīng)s(n)達(dá)到0.9時的n值，確定響應(yīng)時間tn₁、tn₂，選響應(yīng)時間短的濾波器作為設(shè)計結(jié)果，取得濾波器系數(shù)[1,a₁,a₂,…,a_q]、[b₀,b₁,…,b_q]與響應(yīng)時間tn；

其中，單位階躍函數(shù)定義如下：

步驟2.2.13：對于第i個粒子，將響應(yīng)時間tn與其歷史最優(yōu)位置對應(yīng)的響應(yīng)時間T_i進(jìn)行比較，如果tn小于T_i，令T_i＝tn、p_i＝x_i、a_i＝[1,a₁,a₂,…,a_q]、b_i＝[b₀,b₁,…,b_q]；

步驟2.2.14：將T_i與T_g進(jìn)行比較，如果T_i小于T_g，令T_g＝T_i、p_g＝p_i、a_g＝a_i、b_g＝b_i；

步驟2.2.15：令i＝i+1，如果i<M，那么轉(zhuǎn)步驟2.2.2，否則轉(zhuǎn)步驟2.3；

步驟2.3：令k＝k+1，如果k<K，轉(zhuǎn)步驟2.2.1，否則結(jié)束優(yōu)化設(shè)計。