基于窗函数设计的滤波器性能检测方法和系统的制作方法
【专利摘要】一种基于窗函数设计的滤波器性能检测方法和系统，其中方法包括步骤：计算基于窗函数设计的滤波器的频谱函数；确定所述频谱函数的实部和虚部，并根据所述实部和虚部获取滤波器的频谱主瓣宽度；求解频谱函数的旁瓣峰值，获得滤波器的旁瓣峰值；根据所述频谱主瓣宽度和旁瓣峰值确定滤波器的滤波性能。本发明的技术方案，在基于窗函数的滤波器设计中，通过快速计算窗函数的频谱的主瓣宽度和旁瓣峰值，进而实现对滤波器滤波性能的检测，实现对滤波器性能的客观评价，有利于基于窗函数的滤波器的设计与选择，有利于根据不同的场景选择不同的滤波器。
【专利说明】基于窗函数设计的滤波器性能检测方法和系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及数字滤波器设计领域，特别是涉及一种基于窗函数设计的滤波器性能检测方法和系统。
【背景技术】
[0002]数字滤波器是数字信号处理分析中主要的组成部分之一。与模拟滤波器相比，它具有精度和稳定性高、系统函数容易改变、灵活性强、便于大规模推广和可实现多维滤波等优点。
[0003]数字滤波器在信号的过滤、检测和参数估计等方面起着重要的作用。在用户接收端，其接收的信号往往夹杂着噪声及无用信号成分，必须通过数字滤波器将这些干扰成分滤除。数字滤波器通过对信号进行筛选得到适用于特定频段的信号。具体而言，数字滤波器主要的作用是利用离散时间系统的特性对输入信号波形(或频谱)进行加工处理，利用数字方法按预定的要求对信号进行改造。根据噪声频率分量的不同，可选用具有不同滤波特性的滤波器。当噪声的频率高于信号的频率时，应选用低通滤波器，反之，选用高通滤波器。当噪声的频率低于或高于信号的频率时，应选用带通滤波器。当噪声的频率处于信号的频率范围时，应选用带阻滤波器。
[0004]对于实时信号处理来说，理想滤波器因为其非因果特性，即滤波器的频率响应特征H(W)从通带到阻带，不能无限急剧的截止，也就是说，不能从I突变到0，这使得理想滤波器在工程上是不可能实现的。为此，在实际工程应用中，一般按照一定的约定条件对因果滤波器进行设计，从而最大幅度地接近理想滤波器的性能。
[0005]目前，关于有限脉冲响应(Finite Impulse Response, FIR)数字滤波器的设计方法有窗函数法、频率采样法和等波纹逼近法。等波纹逼近法能使特定频带上的波纹均匀，但不能精确控制特定频率点上的响应，而且其设计过程非常复杂，并不适合快速工程实现。频率采样法是一种频域的滤波器设计方法，该方法能够精确实现采样点的频率响应，但需要插入过渡点以改善纹波，同时，截止频率不易控制，过渡点也需要优化设计。与前两者相对应，窗函数法是一种时域的滤波器设计方法。其主要是通过利用大于滤波器长度的频率采样点数，加载窗函数截取单位脉冲响应来改善纹波。窗函数在数字通信领域有很多应用，如快速傅里叶变换、有限冲击响应的滤波器设计等等，特别是滤波器设计，利用窗函数可以减小频谱泄漏，但同时降低了频谱分辨率。实际上，减少频谱泄露与提高分辨率是互相矛盾的，因此，设计一种合理的窗函数对解决这个矛盾非常重要。在设计FIR数字滤波器时，广泛应用窗函数法。窗函数法因其具有结构简单、物理意义清晰、便于推广实现等优点，得到了广泛的应用。
[0006]基于窗函数法的数字滤波器的设计算法，现有的研究主要集中在设计窗函数上。常规的做法有多项式法和基于进化算法的求解方法。然而，现有的方法对于基于窗函数法设计出来的滤波器，却无法进行快速精确的检测其滤波性能。如果滤波器不满足设计条件，难以做到快速的更改，导致在进行滤波器设计时不能快速获得高效的数字滤波器。
【发明内容】
[0007]基于此，有必要针对上述无法进行快速精确的检测滤波器的滤波性能的问题，提供一种基于窗函数设计的滤波器性能检测方法和系统。
[0008]一种基于窗函数设计的滤波器性能检测方法，包括如下步骤:
[0009]计算基于窗函数设计的滤波器的频谱函数；
[0010]确定所述频谱函数的实部和虚部，并根据所述实部和虚部获取滤波器的频谱主瓣览度；
[0011]求解频谱函数的旁瓣峰值，获得滤波器的旁瓣峰值；
[0012]根据所述频谱主瓣宽度和旁瓣峰值确定滤波器的滤波性能。
[0013]一种基于窗函数设计的滤波器性能检测系统，包括:
[0014]频谱函数计算模块，用于计算基于窗函数设计的滤波器的频谱函数；
[0015]主瓣宽度获取模块，用于确定所述频谱函数的实部和虚部，并根据所述实部和虚部获取滤波器的频谱主瓣宽度；
[0016]旁瓣峰值求解模块，用于求解频谱函数的旁瓣峰值，获得滤波器的旁瓣峰值；
[0017]滤波性能确定模块，用于根据所述频谱主瓣宽度和旁瓣峰值确定滤波器的滤波性倉泛。
[0018]上述基于窗函数设计的滤波器性能检测方法和系统，在基于窗函数的滤波器设计中，通过快速计算窗函数的频谱的主瓣宽度和旁瓣峰值，进而判断滤波器的优劣实现对滤波器的滤波性能的检测，实现对滤波器性能的客观评价，有利于基于窗函数的滤波器的设计与选择，有利于根据不同的场景选择不同的滤波器。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为一个实施例的基于窗函数设计的滤波器性能检测方法流程图；
[0020]图2为可实现的滤波器的幅度特性实例图；
[0021]图3为求解第一个零点而采取逐步求解和验证的算法流程图；
[0022]图4为求解频谱函数的旁瓣峰值的算法流程图；
[0023]图5为一个实施例的基于窗函数设计的滤波器性能检测系统结构示意图。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图对本发明的基于窗函数设计的滤波器性能检测方法和系统的【具体实施方式】作详细描述。
[0025]参考图1所示，图1为一个实施例的基于窗函数设计的滤波器性能检测方法流程图，包括如下步骤:
[0026]步骤S10，计算基于窗函数设计的滤波器的频谱函数。
[0027]在本步骤中，主要是根据滤波器设计的窗函数，对窗函数进行傅里叶变换，得到滤波器的频谱函数。
[0028]在一个实施例中，步骤SlO中计算基于窗函数设计的滤波器的频谱函数的方法，具体包括如下公式:[0029]
【权利要求】
1.一种基于窗函数设计的滤波器性能检测方法，其特征在于，包括如下步骤: 计算基于窗函数设计的滤波器的频谱函数； 确定所述频谱函数的实部和虚部，并根据所述实部和虚部获取滤波器的频谱主瓣宽度； 求解频谱函数的旁瓣峰值，获得滤波器的旁瓣峰值； 根据所述频谱主瓣宽度和旁瓣峰值确定滤波器的滤波性能。
2.根据权利要求1所述的基于窗函数设计的滤波器性能检测方法，其特征在于，计算基于窗函数设计的滤波器的频谱函数的公式包括:
3.根据权利要求1所述的基于窗函数设计的滤波器性能检测方法，其特征在于，确定所述频谱函数的实部和虚部，并根据所述实部和虚部获取滤波器的频谱主瓣宽度的步骤包括: 计算所述频谱函数的实部和虚部； 求解所述实部和虚部的第一个相同零点； 根据所述第一个相同零点确定滤波器的频谱主瓣宽度。
4.根据权利要求3所述的基于窗函数设计的滤波器性能检测方法，其特征在于，求解所述实部和虚部的第一个相同零点的步骤包括: S201，获取滤波器的阶数Μ、搜索区间[0，π]、搜索间隔α以及误差系数ε，设置i=2; S202，计算RIff(COi)}和RIff(G) i+1)};其中，RmcoiM为频谱函数的实部； S203，若满足RIff(G)iM ( ε，则ω κ= ω i，转到步骤S206 ;否则转步骤S204 ; 3204，若满足1?{1(0^+1)} ( ε，则ω κ= ω i+1，转到步骤S206 ;否则转步骤S205 ;
S205，若满足 RMoiM XR{ff(coi+1)}〈0，则
5.根据权利要求1所述的基于窗函数设计的滤波器性能检测方法，其特征在于，求解频谱函数的旁瓣峰值的步骤包括: S301，获取滤波器的阶数M、窗函数h(n)、PeakY=_inf、PeakX=O ;其中，PeakX表示旁瓣初始值，PeakY表示旁瓣最大峰值； S302，计算窗函数h(n)的频率响应，得到频率响应向量h和相应的频率向量w ； S303,对频率响应向量h和相应的频率向量w执行归一化
6.一种基于窗函数设计的滤波器性能检测系统，其特征在于，包括: 频谱函数计算模块，用于计算基于窗函数设计的滤波器的频谱函数； 主瓣宽度获取模块，用于确定所述频谱函数的实部和虚部，并根据所述实部和虚部获取滤波器的频谱主瓣宽度； 旁瓣峰值求解模块，用于求解频谱函数的旁瓣峰值，获得滤波器的旁瓣峰值； 滤波性能确定模块，用于根据所述频谱主瓣宽度和旁瓣峰值确定滤波器的滤波性能。
7.根据权利要求6所述的基于窗函数设计的滤波器性能检测系统，其特征在于，频谱函数计算模块用于计算频谱函数的公式包括:
8.根据权利要求6所述的基于窗函数设计的滤波器性能检测系统，其特征在于，主瓣宽度获取模块进一步用于: 计算所述频谱函数的实部和虚部； 求解所述实部和虚部的第一个相同零点； 根据所述第一个相同零点确定滤波器的频谱主瓣宽度。
9.根据权利要求8所述的基于窗函数设计的滤波器性能检测系统，其特征在于，主瓣宽度获取模块用于求解所述实部和虚部的第一个相同零点的步骤包括: S201，获取滤波器的阶数Μ、搜索区间[0，π]、搜索间隔α以及误差系数ε，设置i=2; S202，计算RIff(COi)}和RIff(G) i+1)};其中，RmcoiM为频谱函数的实部； S203，若满足RIff(G)iM ≤ε，则ω κ= ω i，转到步骤S206 ;否则转步骤S204 ; S204，若满足1?{1(0^+1)} ≤ ε，则ω κ= ω i+1，转到步骤S206 ;否则转步骤S205 ;
S205，若满足 R {W (ω J } X R {W (ω i+1)}〈O，则
10.根据权利要求6所述的基于窗函数设计的滤波器性能检测系统，其特征在于，旁瓣峰值求解模块用于求解频谱函数的旁瓣峰值的步骤包括: S301，获取滤波器的阶数M、窗函数h(n)、PeakY=_inf、PeakX=O ;其中，PeakX表示旁瓣初始值，PeakY表示旁瓣最大峰值； S302，计算窗函数h(n)的频率响应，得到频率响应向量h和相应的频率向量w ;S303,对频率响应向量h和相应的频率向量w执行归一化:A= —以及
【文档编号】G01R31/3181GK103823177SQ201410058979
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年2月20日 优先权日:2014年2月20日
【发明者】李桂愉, 杨超, 肖恒辉, 陈运动, 赖志坚 申请人:广东省电信规划设计院有限公司