一种二阶IIR数字陷波器及参数量化方法技术

本发明专利技术提出的一种二阶IIR数字陷波器及参数量化方法，可通过参数配置实现对全频带窄带干扰的抑制，能降低零极点极角偏差，以较少的资源消耗实现完善的全频带的陷波器零极点匹配和通带内滤波性能的平坦。所述二阶IIR数字陷波器的传递函数为

【技术实现步骤摘要】
一种二阶IIR数字陷波器及参数量化方法
本专利技术属于数字信号处理
，特别是涉及一种二阶IIR数字陷波器及参数量化方法。
技术介绍
窄带干扰抑制技术中，已知干扰频点和带宽的情况下，在时域使用数字二阶IIR陷波器是一种简单，实现方便的抑制干扰的方法。如专利“CN201210066885.6-用于卫星导航系统的完全自适应陷波器及其陷波方法”提出一种二阶格型IIR滤波器。专利“CN201210193530.3-二维自适应滤波窄带干扰抑制装置”提出一种二维多阶IIR滤波器。专利“CN201210434766.1-GNSS接收机检测并消除窄带干扰的方法”也提出了一种频域找干扰频点而时域IIR陷波器抑制干扰的方法。以上专利及其他专利均缺少对IIR陷波器参数的量化误差影响的分析。在噪声或宽带信号有效位数较低(为1比特或2比特)，且有强干扰时，理想二阶IIR陷波器因参数量化误差将导致零极点偏移，特别是在干扰频点接近时。多个二阶陷波IIR滤波器串联时，特别是零极点接近时，零极点偏移的概率增大。零极点偏移将导致部分噪声抬高，3DB陷波带宽变宽。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的缺陷和不足，提出一种二阶IIR数字陷波器及参数量化方法，可通过参数配置实现对全频带窄带干扰的抑制，能降低零极点极角偏差，以较少的资源消耗实现完善的全频带的陷波器零极点匹配和通带内滤波性能的平坦。本专利技术的技术方案是：1.一种二阶IIR数字陷波器，其特征在于，所述二阶IIR数字陷波器的传递函数为其中b0,b1,b2,a1,a2为因果稳定LTI线性时不变系统的二阶IIR滤波器差分方程的量化参数，r,w0分别为因果稳定LTI线性时不变系统的二阶IIR陷波器差分方程的极点的极径，极角。2.所述量化参数满足：b0＝b2,b1＝a1；仅需对三个参数b0,a1,a2进行定点量化。3.所述陷波器在固定带宽情况下，b0,a2两个参数是固定的，其中r可通过MATLAB的二阶巴特沃斯滤波器产生。4.所述陷波器在固定带宽情况下，仅1个参数是随干扰频点而动态变化的，公式为其中，r是接近于1的正数，fj为干扰频点，Fs为采样率。5.所述陷波器在固定带宽情况下，随干扰频点变化的a1可由查三角函数表，线性拟合，分段线性拟合，cordic算法等方法实现。6.所述陷波器的结构包括但不限于直接I型实现、直接II型实现、转置直接II型实现。7.一种二阶IIR数字陷波器参数量化方法，其特征在于，(1)将理论陷波器进行幅值为r的调整，即：其中，r,w0分别为因果稳定LTI线性时不变系统的二阶IIR陷波器差分方程的极点的极径，极角；(2)对Hd(z)进行参数量化，即其中，b0,b1,b2,a1,a2为量化参数；(3)通过参数配置，降低参数量化误差导致的零点极角和极点极角偏差，实现全频带的陷波器零极点匹配和通带内滤波性能的平坦。8.使b0＝b2,b1＝a1，仅需对三个参数b0,a1,a2进行定点量化；三个参数的量化误差分别为e(b0),e(a1),e(a2)，且e(b0)∈(-C*2-2M,+C*2-2M)e(a1)∈(-C*2-2M,+C*2-2M)e(a2)∈(-C*2-2M,+C*2-2M)其中M为量化的比特数,C为量化范围；极点极角和零点极角的差值定义为：各参数量化误差导致的零点极角和极点极角差的误差e(θtd)为：9.固定带宽情况下，固定b0,a2两个参数，使r可通过MATLAB的二阶巴特沃斯滤波器产生；仅1个参数a1随干扰频点而动态变化，公式为：其中r是接近于1的正数，fj为干扰频点，Fs为采样率；随干扰频点变化的a1可由查三角函数表，线性拟合，分段线性拟合，cordic算法等方法实现。10.固定带宽情况下，在干扰频点接近Fs/4时，有a1→0，b0→1，a2→1，零点极角和极点极角的差θtd对各参数的量化误差e(a1)、e(b0)和e(a2)均不敏感。本专利技术的技术效果：本专利技术提出的一种二阶IIR数字陷波器及参数量化方法，可通过参数配置实现对全频带窄带干扰的抑制，能降低零极点极角偏差，以较少的资源消耗实现完善的全频带的陷波器零极点匹配和通带内滤波性能的平坦。特别针对弱宽带信号和噪声要求稳定的场合，在w0＝π/2附近可实现平稳滤波，防止噪底被抬升或有用宽带信号被滤除。相比于理论的二阶IIR数字陷波器本专利技术的优点是：1)在固定陷波带宽情况下，零点和极点之间的极角误差显著减小。使得二阶IIR陷波器在干扰频点接近fj＝Fs/4时，陷波中心频点两侧对称滤波，不会出现滤波器不对称行为，即一侧噪底被抬升而另一侧噪底-3DB带宽严重变宽的情况。这种情形在噪底有效位数越低时有效信号丢失越明显。2)在使用该二阶陷波器串联以滤除不同中心频点干扰且干扰接近时，不会加重滤波器特性的不对称行为。3)在固定带宽下，相比于理论滤波器需存储2个变量：a1和b1，和1个固定数a2，本专利技术仅需存储1个变量：a1，和两个固定数a2和b0，而显然变量的存储空间要比固定数大，因此节省存储空间。4)理论滤波器的特性是a1和b1均随干扰频点而变，量化两个参数会导致两个量化误差，本滤波器的特性是a1＝b1，仅量化一个参数，量化误差导致的量化噪声减小。性能提升。经MATLAB验证，本专利技术采用的参数量化方式在Fs/4频点处IIR滤波或级联滤波，通带内平坦度好于理想滤波器参数直接量化滤波的效果。附图说明图1为本专利技术实施的直接II型IIR数字陷波器的结构图。图2是零极点偏差的频率响应示意图。图3是图2的放大图。图4是理论上实现的直接II型IIR数字陷波器结构图。图5是本专利技术的直接II型IIR数字陷波器频率响应示意图。图6是图5的放大图。图7是理想多级二阶IIR陷波器串联滤波MATLAB仿真图；图8是本专利技术多级二阶IIR陷波器串联滤波MATLAB仿真图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的实施例做进一步的详细说明。如图1所示，为本专利技术实施的直接II型IIR数字陷波器的结构图。所述陷波器的结构包括但不限于直接I型实现、直接II型实现、转置直接II型实现。一种二阶IIR数字陷波器，其特征在于，所述二阶IIR数字陷波器的传递函数为其中，b0,b1,b2,a1,a2为因果稳定LTI线性时不变系统的二阶IIR滤波器差分方程的量化参数，r,w0分别为因果稳定LTI线性时不变系统的二阶IIR陷波器差分方程的极点的极径，极角。其中，量化参数满足：b0＝b2,b1＝a1；仅需对b0,a1,a2进行定点量化，Q(b0),Q(a1),Q(a2)分别表示对参数b0,a1,a2的量化。在固定带宽情况下，b0,a2两个参数是固定的，其中r可通过MATLAB的二阶巴特沃斯滤波器产生。并且，在固定带宽情况下，仅1个参数是随干扰频点而动态变化的，公式为其中r是接近于1的正数，fj为干扰频点，Fs为采样率；随干扰频点变化的a1可由查三角函数表，线性拟合，分段线性拟合，cordic算法等方法实现。相应的，一种二阶IIR数字陷波器参数量化方法，其特征在于，(1)将理论陷波器进行幅值为r的调整，即：其中，r,w0分别为因果稳定LTI线性时不变系统的二阶IIR陷波器差分方程的极点的极径，极角；(2)对Hd(z)进行参数量化，即其中，b0,b1,b2,a1,a2为量化参数；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二阶IIR数字陷波器，其特征在于，所述二阶IIR数字陷波器的传递函数为

【技术特征摘要】
1.一种二阶IIR数字陷波器，其特征在于，所述二阶IIR数字陷波器的传递函数为其中b0,b1,b2,a1,a2为因果稳定LTI线性时不变系统的二阶IIR滤波器差分方程的量化参数，r,w0分别为因果稳定LTI线性时不变系统的二阶IIR陷波器差分方程的极点的极径，极角。2.根据权利要求1所述的二阶IIR数字陷波器，其特征在于，所述量化参数满足：b0＝b2,b1＝a1；仅需对三个参数b0,a1,a2进行定点量化。3.根据权利要求2所述的二阶IIR数字陷波器，其特征在于，所述陷波器在固定带宽情况下，b0,a2两个参数是固定的，其中r可通过MATLAB的二阶巴特沃斯滤波器产生。4.根据权利要求3所述的二阶IIR数字陷波器，其特征在于，所述陷波器在固定带宽情况下，仅1个参数是随干扰频点而动态变化的，公式为其中，r是接近于1的正数，fj为干扰频点，Fs为采样率。5.根据权利要求4所述的二阶IIR数字陷波器，其特征在于，所述陷波器在固定带宽情况下，随干扰频点变化的a1可由查三角函数表，线性拟合，分段线性拟合，cordic算法等方法实现。6.根据权利要求1至5之一所述的二阶IIR数字陷波器，其特征在于，所述陷波器的结构包括但不限于直接I型实现、直接II型实现、转置直接II型实现。7.一种二阶IIR数字陷波器参数量化方法，其特征在于，(1)将理论陷波器进行幅值为r的调整，即：其中，r,w0分别为因果稳定LTI线性时不变系统的二阶...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：北京北方联星科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11