【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于宽带相控阵波束形成技术，特别是指一种基于farrow结构的分数延时滤波器的设计方法。
技术介绍
1、通过对线性滤波器系数的逼近来实现输入信号所需要的分数延时，采用分数时延滤波器可精确控制延时补偿的时间。分数延时数字滤波器又包含基于有限冲激响应类型的分数时延滤波器和全通无限冲激响应滤波器。分数延时滤波器实现方法主要有窗函数法、拉格朗日插值法、hennite插值法和基于多项式的分数延时滤波器设计方法等。近些年分数延时数字滤波器的主流结构为farrow结构，该结构由多个直接型有限冲激响应子滤波器组成，只需用不同幂次方的时延参数对这些fir滤波器做线性组合即可灵活调节滤波器的群时延。
2、在理论上对farrow结构的改进可以提高分数延时滤波器的性能，但因为实际工程中的资源和复杂度的限制，如果直接将现有的分数延时滤波器应用在宽带相控阵系统中，不能在已有资源的条件下达到性能要求，无法满足应用的需求。所以需要进一步研究基于farrow结构的分数延时滤波器的工程优化设计，得出更适用于工程的参数优化设计是十分有必要的。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供一种基于farrow结构的分数延时滤波器的设计方法，该方法可以有效降低硬件成本和减少计算复杂度，同时达到宽带阵列波束形成的基本要求。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
3、一种基于farrow结构的分数延时滤波器的设计方法，包括以下步骤：
4、步骤1，在宽带相控阵
5、步骤2，采用对称系数和代建函数j(be,bo)最小的方法对farrow结构的滤波器的阶数组数以及初始系数进行设计；
6、步骤3，采用迭代方式改变滤波器的系数，直至滤波器的群时延与幅度响应满足步骤1中的指标要求，得到符合工程需求的farrow滤波器系数。
7、进一步地，步骤1的具体方式为：
8、步骤101，对宽带相控阵系统进行子阵划分，在子阵内采用移相器，在子阵间采用满足可变的分数倍延时的farrow滤波器；
9、步骤102，根据工程中资源利用情况确定farrow滤波器的最高的阶数以及组数；
10、步骤103，根据工程中对延时补偿精度、合成增益损失的要求，确定出farrow滤波器的群时延以及幅频响应最大值：
11、
12、其中，a_fr是farrow滤波器的幅频响应最大值，δg为合成增益损失，groupdelay是farrow滤波器的群时延，fsa是采样速率；
13、步骤104，根据延时补偿精度的要求，通过符号速率、采样速率确定出farrow滤波器中需要优化的延时时长、滤波器归一化带宽范围和宽带信号的归一化带宽范围：
14、
15、
16、
17、其中，fsa是采样速率，fsy是符号速率，β是延时补偿精度要求的最大误差，这里为符号速率的倍数，px为延时误差最大时farrow滤波器延时的时长；
18、滤波器的归一化带宽范围为[0,ap]，宽带信号的归一化带宽范围为[0,rπ]。
19、进一步地，步骤2的具体方式为：
20、步骤201，取滤波器的阶数n＝1和组数m＝1，按照以下方法计算得到矩阵c,s,pe,po：
21、c＝[1,cos(w),cos(2w),…,cos(nw)]t
22、s＝[1,sin(w),sin(2w),…,sin(nw)]t
23、pe＝[p2,p4,p6,…,pm-1]t
24、po＝[p,p3,p5,…,pm]t
25、其中，下标e表示偶数项，下标o表示奇数项，w为频率，p为延时大小；
26、步骤202，根据以下方法计算得到a1,a2,a3,a4,a5,a6：
27、
28、
29、
30、
31、
32、
33、其中，w(w)＝w(p)＝1，wl＝0,wh＝ap；
34、步骤203，将a2,a3,a4,a5进行cholesky分解，得到上三角矩阵u2,u3,u4,u5；
35、步骤204，根据矩阵a1,a6,u2,u3,u4,u5，通过以下方法得到farrow滤波器的最佳系数矩阵：
36、
37、步骤205，根据最佳系数矩阵be,bo，计算得到最佳系数a(n,m)：
38、
39、
40、
41、其中m'＝(m-1)/2，m为滤波器的组数；
42、步骤206，计算得到滤波器的幅频响应和滤波器的群时延，幅频响应的计算方法为：
43、
44、步骤207，改变m和n的大小，重复步骤201-206，根据步骤1中的指标要求，找到合适的滤波器的阶数和组数以及滤波器的初始系数a1(n,m)。
45、进一步地，步骤3的具体方式为：
46、步骤301，将初始权重设为1，即w(wi)＝1,0￡i￡ap，按照步骤2中得到的滤波器的初始系数a1(n,m)，根据初始系数a1(n,m)得到滤波器群时延并计算滤波器的群时延的绝对误差：
47、e_grpdelay(wi,pm)＝|groupdelay-n-p|,0￡i￡ap
48、其中，groupdelay为滤波器的群时延，n为滤波器的阶数，p为理论延时大小，即步骤1中得到的px；
49、步骤302，寻找出宽带信号的归一化带宽范围中的最大群时延最大误差：
50、e_grpdelay(pm)＝max{e_grpdelay(wi,pm)},
51、0￡i￡rπ
52、步骤303，取e￡10-5作为迭代和权重改变的判断条件，当e_grpdelay(wi,pm)3e时，权重改变：
53、
54、当e_grpdelay(wi,pm)<e时，wk(wi)＝wk-1(wi)
55、步骤304，改变权重之后重新计算滤波器的系数以及滤波器的群时延，并计算参数δ：
56、
57、步骤305，如果d>e，进行下一次迭代；如果d￡e，迭代终止。
58、采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
59、1、本专利技术利用迭代的方法，优化了基于farrow结构的分数延时滤波器的滤波器系数，使其更能与实际的延时需求相结合，实现滤波器系数的优化设计。
60、2、本专利技术能够有效降低分数延时滤波器实现的硬件成本和计算复杂度，同时达到宽带阵列波束合成的工程要求，实现了对资源利用和指标要求的折中处理，对工程实践有一定的参考意义。
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1.一种基于Farrow结构的分数延时滤波器的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于Farrow结构的分数延时滤波器的设计方法，其特征在于，步骤1的具体方式为：
3.根据权利要求2所述的一种基于Farrow结构的分数延时滤波器的设计方法，其特征在于，步骤2的具体方式为：
4.根据权利要求3所述的一种基于Farrow结构的分数延时滤波器的设计方法，其特征在于，步骤3的具体方式为：
【技术特征摘要】
1.一种基于farrow结构的分数延时滤波器的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于farrow结构的分数延时滤波器的设计方法，其特征在于，步骤1的具体方式为：
3.根...
【专利技术属性】
技术研发人员：马越洋，郭肃丽，冯迎林，王天雄，卢毛毛，张雨明，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十四研究所，
类型：发明
国别省市：
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