一种基于FRM的可配置完美重构滤波器组低复杂度实现方法技术

本发明专利技术公开了一种基于FRM的可配置完美重构滤波器组低复杂度实现方法，此结构通过将FRM技术应用到重构系统中，实现信号重构的同时，降低其复杂度。一种低复杂度完美重构滤波器组结构，包括基于FRM的分析滤波器组结构和基于FRM的可配置综合滤波器组结构，具体包含了延时模块和抽取模块，上支路延时模块和下支路原型滤波器模块，上支路屏蔽滤波器模块和下支路屏蔽滤波器模块，求和模块以及DFT模块组成。本发明专利技术是为了满足复杂电磁环境下，针对同时处理多个到达信号时的要求，提出的一种基于FRM的完美重构滤波器组的低复杂度实现结构。通过将FRM技术应用于信号重构结构中，设计可配置的信号重构结构。使得电子战接收机的灵敏度得到提高，且易于工程实现。且易于工程实现。且易于工程实现。

【技术实现步骤摘要】
一种基于FRM的可配置完美重构滤波器组低复杂度实现方法


[0001]本专利技术属于滤波器组设计领域，具体涉及一种基于FRM的可配置完美重构滤波器组低复杂度实现方法。

技术介绍

[0002]数字信道化技术在现代信号处理中具有重要的理论价值与应用价值，在电子战接收机系统中，用来解决多个信号以及多个通道同时接收的问题，也常被用于接收和检测复杂的宽带电磁信号。信号重构是数字信道化领域的重要研究方向之一，主要用于未知的信号特征参数提取、分析与估计，是实现数字信道化接收机高灵敏度和较大动态范围截获信号的关键。在电子战接收机中，信道化技术要对宽频带和各类型信号完成实时、准确的检测，且要易于工程实现，需要保证信号检测的准确性。因此对于微弱的输入信号，需要进行窄带信道化，以提高信噪比(SNR)。
[0003]多相信道化结构作为一种重要的频域信道化技术，兼具了较低的复杂度与高效的实现架构的特点，在《宽带数字信道化接收机部分信道重构技术》中对多相结构动态配置综合滤波器组进行了研究，针对不同综合信道数，采用动态配置原型综合滤波器，并采用多相结构实现了综合滤波器的高效结构，与本专利技术不同。在《基于NPR调制滤波器组的动态信道化滤波》中，对于以近似重构原型滤波器为准则的滤波器组设计方法进行了研究，对每个子通道的能量进行检测并确定目标信号的位置，并准确估计与提取各子频带所对应的时域信号，以达到信号重构的目的。
[0004]窄过渡带滤波器有利于减少信号重构误差，适用于信道数目增加的情况，但也会造成滤波器阶数增加，提高了乘法器的资源占用。尽管在新型FPGA中的乘法器数量越来越多，但在阵列信号处理中，用单片FPGA实现多路信号接收及信道化时，资源依旧不足，这就说明在数字信号处理层面进行结构优化，从而降低结构复杂度，设计具有低复杂度的窄过渡带原型滤波器，并利用多速率信号处理技术将其扩展至信道化结构中，降低信道化结构的复杂度，有利于推广至工程实现中
[0005]在《一种高效动态数字信道化方法》中，基于信号重构理论，将接收信号均匀划分成多个子带，根据能量检测环节将属于同一信道的相邻子带输入到相应的综合滤波器组，输出即为该信道的基带信号，与本专利技术不同。文献《基于两级信道化的宽带数字接收机结构》中，通过一级信道化的奇偶两路并行结构，对整个接收机瞬时带宽进行粗划分，并配合有效的信道检测机制实现对当前输入信号所在接收机分析带宽的准确定位，二级信道化对一级信道化的子信道带宽进行细划分，提高了信道的频率分辨率，实现了多信号的频域分离，适合对窄带信号的接收，与本专利技术不同。文献《基于余弦调制滤波器组的动态信道化方法》中，针对均匀宽带数字信道化接收机无法动态适应信号瞬时带宽变化的问题，提出了基于余弦调制滤波器组的动态信道化接收机结构设计，并通过采用合成处理矩阵对信号进行近似重构，与本专利技术不同。在文献《基于频率响应屏蔽的窄过渡带信道化接收机》中，利用FRM技术对原型半带滤波器进行插值得到窄过渡带，对原型屏蔽滤波器进行频谱搬移生成
上、下支路屏蔽滤波器，对上、下支路合并得到窄过渡带滤波器，利用滤波器调制、多相滤波和相邻频带合并得到窄过渡带的滤波器组，并未将其应用在重构系统中，与本专利技术不同。专利《一种基于CEM FRM的动态非均匀窄过渡带滤波器组及设计方法》中，利用基于CEM FRM的分析滤波器组对信号频谱进行均匀划分，基于CEM FRM的动态综合滤波器组对信号进行综合，但不能实现可配置的均匀或非均匀重构滤波器组，与本专利技术不同。
[0006]因此，在信号重构理论的基础上，本专利技术提出了一种基于FRM的近似完美重构滤波器组的实现方法，该方法解决了传统信号重构滤波器组中低复杂度的实现问题，并实现了重构滤波器组的可配置性。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于一种基于FRM的可配置完美重构滤波器组低复杂度实现方法。
[0008]本专利技术的目的通过如下技术方案来实现：
[0009]一种基于FRM的可配置完美重构滤波器组低复杂度实现方法，步骤如下：
[0010]步骤1：对信号重构进行分析；
[0011]分析信号完美重构条件，当失真传递函数T(z)满足一定条件时，实现完美重构，根据重构条件来确定分析滤波器与重构滤波器之间的关系；设计用于分析滤波器组中的滤波器H(z)以及用于综合滤波器组中的滤波器G(z)；
[0012]步骤2：利用FRM滤波器结构对分析滤波器组进行优化；
[0013]FRM结构分为上下两个支路，由一个原型滤波器、一个延时模块和两个屏蔽滤波器构成。原型半带滤波器使用半带滤波器进行设计，并对抽取后的滤波器系数进行多相分解，得到基于FRM的分析滤波器组表达式；利用FRM滤波器结构，对重构滤波器进行设计，得到可配置的综合滤波器组；
[0014]步骤3：设计一个宽过渡带的原型滤波器H
a
(z)，原型滤波器的通带截止频率ω
p
和阻带起始频率ω
s
关于π/2对称；
[0015]步骤4：设计合成滤波器；
[0016]根据最终合成的过渡带是由原型插值滤波器提供或者原型插值互补滤波器提供，分为两种设计方式；
[0017]步骤5：进行参数计算；
[0018]根据所需滤波器的过渡带宽、通带纹波、阻带衰减等参数，对原型滤波器的通带截止频率ω
p
、阻带起始频率ω
s
，上支路中屏蔽滤波器H
Ma
(z)通带截止频率ω
map
、阻带起始频率ω
mas
，下支路中屏蔽滤波器H
Mc
(z)通带截止频率、阻带起始频率ω
mcs
进行参数设置；
[0019]步骤6：根据步骤4，重构条件中H(z)与G(z)的关系，二者幅度相同，利用FRM结构设计综合滤波器，其中N为原型滤波器阶数；利用结构优化滤波器组，得到可配置综合滤波器组，满足关系式F＝K/M，M为信道数目，K为综合滤波器的输入个数；
[0020]步骤7：将基于FRM的分析滤波器组与配置的综合滤波器组进行结合，得到基于FRM的低复杂度窄过渡带信号重构结构；
[0021]步骤8：确定需要重构的基于FRM的信号重构结构的输入信号，对信号进行重构。
[0022]进一步地，所述步骤1具体为：
[0023]步骤1.1：标准M通道滤波器组，M为信道数目，输出为：
[0024][0025]令
[0026][0027]则
[0028][0029]最后的输出是的加权和，权函数是A
l
(z)；
[0030]步骤1.2：对于M通道滤波器组，去除混叠失真、幅度失真以及相位失真，实现输出对输入的准确重建，保证
[0031]A
l
(z)＝0,l＝1,2,
…
,M
‑1ꢀꢀꢀ
(4)
[0032]则去除滤波器组的混叠失真，这时
[0033][0034]其中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于FRM的可配置完美重构滤波器组低复杂度实现方法，其特征在于：步骤如下：步骤1：对信号重构进行分析；分析信号完美重构条件，当失真传递函数T(z)满足一定条件时，实现完美重构，根据重构条件来确定分析滤波器与重构滤波器之间的关系；设计用于分析滤波器组中的滤波器H(z)以及用于综合滤波器组中的滤波器G(z)；步骤2：利用FRM滤波器结构对分析滤波器组进行优化；FRM结构分为上下两个支路，由一个原型滤波器、一个延时模块和两个屏蔽滤波器构成。原型半带滤波器使用半带滤波器进行设计，并对抽取后的滤波器系数进行多相分解，得到基于FRM的分析滤波器组表达式；利用FRM滤波器结构，对重构滤波器进行设计，得到可配置的综合滤波器组；步骤3：设计一个宽过渡带的原型滤波器H
a
(z)，原型滤波器的通带截止频率ω
p
和阻带起始频率ω
s
关于π/2对称；步骤4：设计合成滤波器；根据最终合成的过渡带是由原型插值滤波器提供或者原型插值互补滤波器提供，分为两种设计方式；步骤5：进行参数计算；根据所需滤波器的过渡带宽、通带纹波、阻带衰减等参数，对原型滤波器的通带截止频率ω
p
、阻带起始频率ω
s
，上支路中屏蔽滤波器H
Ma
(z)通带截止频率ω
map
、阻带起始频率ω
mas
，下支路中屏蔽滤波器H
Mc
(z)通带截止频率、阻带起始频率ω
mcs
进行参数设置；步骤6：根据步骤4，重构条件中H(z)与G(z)的关系，二者幅度相同，利用FRM结构设计综合滤波器，其中N为原型滤波器阶数；利用结构优化滤波器组，得到可配置综合滤波器组，满足关系式F＝K/M，M为信道数目，K为综合滤波器的输入个数；步骤7：将基于FRM的分析滤波器组与配置的综合滤波器组进行结合，得到基于FRM的低复杂度窄过渡带信号重构结构；步骤8：确定需要重构的基于FRM的信号重构结构的输入信号，对信号进行重构。2.根据权利要求1所述的一种基于FRM的可配置完美重构滤波器组低复杂度实现方法，其特征在于：所述步骤1具体为：步骤1.1：标准M通道滤波器组，M为信道数目，输出为：令则
最后的输出是的加权和，权函数是A
l
(z)；步骤1.2：对于M通道滤波器组，去除混叠失真、幅度失真以及相位失真，实现输出对输入的准确重建，保证A
l
(z)＝0,l＝1,2,
…
,M
‑1ꢀꢀꢀꢀ
(4)则去除滤波器组的混叠失真，这时其中，记T(z)＝A0(z)，“失真传递函数”T(z)是在去除混叠失真后整个系统的转移函数；T(z)是全通的，滤波器组可避免幅度失真；T(z)具有线性相位，滤波器组将去除相位失真；若再具有纯延迟的形式，即T(z)＝cz
‑
k
，滤波器组将实现准确重建；步骤1.3：确定分析滤波器与综合滤波器的关系；将(2)式写成矩阵形式...

【专利技术属性】
技术研发人员：张文旭，赵小琪，崔鑫磊，杜沙沙，曹舒雅，吴振南，赵忠凯，禹永植，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：