[發明專利]一種擁有自由隨機結構的無乘法IIR數字濾波器的設計方法

在審

• 申請號: 201810446102.4
• 申請日: 2018-05-11
• 公開（公告）號: CN108599736A
• 公開（公告）日: 2018-09-28
• 發明（設計）人: 陳立家;劉名果;馮帥棟;管禹;趙瑞杰;薛政鋼;汪曉群;馮子凱;王敬飛;趙成偉;王路寬
• 申請（專利權）人: 河南大學;河南宙合網絡科技有限公司
• 主分類號: H03H17/02
• 分類號: H03H17/02
• 代理公司: 鄭州優盾知識產權代理有限公司 41125
• 代理人: 鄭園;栗改

1.一種擁有自由隨機結構的無乘法IIR數字濾波器的設計方法，其特征在于，其步驟如下：

步驟一：生成無乘法數字濾波器結構：設計包含有延時器、移位器和加法器的子系統；初始化只有輸入端和輸出端的數字濾波器系統，將初始的數字濾波器系統輸入端設置為第一個活動點，將子系統視作基本單元，根據生成指令，將子系統依次添加到數字濾波器系統中，直至到輸出端為止，形成一個完整的無乘法數字濾波器結構；

步驟二：優化無乘法數字濾波器：采用二進制編碼方式對生成指令按序連接形成的指令序列進行編碼，計算無乘法數字濾波器的適應度，利用演化算法對指令序列進行優化，通過優化的指令序列生成性能更好的無乘法數字濾波器；

步驟三：將優化后的無乘法數字濾波器的結構、幅頻響應、相頻響應和適應度變化的數據以文件的形式保存下來，然后利用MATLAB軟件對以上這些數據文件進行仿真，驗證其性能。

2.根據權利要求1所述的擁有自由隨機結構的無乘法IIR數字濾波器的設計方法，其特征在于，所述演化算法采用SPS-DE算法、遺傳算法GA、粒子群算法PSO、差分進化算法DE、模擬退化算法SA或蟻群算法ACO的智能演化算法。

3.根據權利要求1所述的擁有自由隨機結構的無乘法IIR數字濾波器的設計方法，其特征在于，所述子系統為二階子系統，二階子系統包括2個延時器、4個移位器和3個加法器，二階子系統的輸入信號與加法器II相連接，加法器II的輸出端分別與延時器I和移位器c相連接，延時器I分別與移位器a、延時器II和移位器d相連接，延時器II與移位器b相連接，移位器a的輸出端和移位器b的輸出端與加法器I相連接，加法器I的輸出端與加法器II相連接，移位器c和移位器d的輸出端均與加法器III相連接，加法器III的輸出信號為二階子系統的輸出信號。

4.根據權利要求1所述的擁有自由隨機結構的無乘法IIR數字濾波器的設計方法，其特征在于，所述生成指令包含了子系統的連接方式、子系統中移位器的參數、子系統的輸入端子和輸出端子的編號，生成指令包括四種指令連接類型，每種連接類型控制著一種子系統的連接方式，依照不同的連接類型，子系統的輸入端和輸出端被分別連接到相應的節點編號。

5.根據權利要求4所述的擁有自由隨機結構的無乘法IIR數字濾波器的設計方法，其特征在于，所述生成指令的四種指令連接類型分別為：連接新的活動點T₁，連接先前的節點T₂、連接系統的輸入端T₃，連接系統的輸出端T₄；連接新的活動點T₁指令表示新添加的子系統的輸入端被連接到當前的活動點，其輸出端被連接到新產生的活動點上；連接新的活動點T₁指令執行完成后，活動點改變，新產生的節點變為活動點，活動點編號為當前的活動點編號加1，當前的活動點變為普通節點；連接先前的節點T₂指令表示新添加的子系統輸入端被連接到先前的節點、輸出端被連接到當前的活動點；連接系統的輸入端T₃指令表示新添加的子系統的輸入端被連接到系統的輸入端、輸出端被連接到當前的活動點；連接系統的輸出端T₄指令表示新添加的子系統輸入端被連接到當前的活動點、輸出端被連接到系統的輸出端。

6.根據權利要求5所述的擁有自由隨機結構的無乘法IIR數字濾波器的設計方法，其特征在于，在完整的無乘法數字濾波器結構生成后，對無乘法數字濾波器的結構進行檢查，無乘法數字濾波器的結構中某個節點如果有多個輸入和一個輸出，這個節點使用加法器進行替換。

7.根據權利要求4所述的擁有自由隨機結構的無乘法IIR數字濾波器的設計方法，其特征在于，所述生成指令由指令類型T、子系統的輸入端編號I、子系統的輸出端編號O和子系統的參數P四部分構成；指令類型T包含四種指令連接類型；依據指令連接類型，子系統的輸入端編號I和O的編號值被確定，子系統的輸入端和輸出端被連接到相應編號的節點；子系統的參數P代表了子系統中移位器的參數值。