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基于最速下降法的FIR滤波器设计方法研究(4)

时间:2017-02-13 21:08来源:毕业论文
知道H(k)后,由DFT定义可唯一确定有限长序列 h(n),利用这N个频域抽样值H(k)同样利用频率内插公式可得FIR滤波器的系统函数H(z),及频率响应 , 频率抽样法


    知道H(k)后,由DFT定义可唯一确定有限长序列 h(n),利用这N个频域抽样值H(k)同样利用频率内插公式可得FIR滤波器的系统函数H(z),及频率响应  , 频率抽样法内插公式:     
                                 (2.16)
2.2.2 频率采样法小结
 优点:可以在频域直接设计,并且适合于最优化设计。
    缺点:抽样频率只能等于 2π/N 的整数倍,或等于2π/N 的整数倍加上π/N。因而不能确保截止频率  的自由取值,要想实现自由地选择截止频率,必须增加抽样点数N,但这又使计算量增大。
  为了提高逼近质量,减少通带边缘由于抽样点的陡然变化而引起的起伏振荡。有目的地在理想频率响应的不连续点的边缘,加上一些过渡的抽样点,增加过渡带,减少起伏振荡。
2.3 最优等波纹设计法
2.3.1 均方误差最小化准则
 这一准则是使误差能量最小,若用 表示要求的频率相应,用 表示实际得到的滤波器频率响应,以 表示频率相应误差,即
设计的目的就是选择一组 使得 最小。现将(2.3.1)中的 和 分别用他们的冲激响应表示,即
由于用FIR数字滤波器来逼近,故 长度是有限长的。将他们代入(2. 17),得
按照帕赛瓦公式有:
由此式看出,等式右边第二个求和式之取决于给定的特性 ,它和设计值 无关,故是一个常数,要是 最小,就必须使第一个求和式最小,即希望
在这一条件下,就有   
也就是说,要满足(2.23)
此式恰好是矩形窗的结果,所以,矩形窗设计结果一定满足最小均方误差准则。矩形窗虽然过渡带最窄,但是由于吉布斯效应,窗谱的肩峰过大,造成所设计出的滤波器通带起伏不均匀且过大,而阻带衰减则过小,不能满足要求。
2.3.2 切比雪夫最佳逼近一致定理和应用
切比雪夫最佳一致逼近的基本思想是,对于给定的区间[a, b]上的连续函数f(x),在所有n次多项式的集合 中,寻找一多项式 ,使它在[a, b]上对f(x)的偏差和其他一切属于 的多项式p(x)对f(x)的偏差相比是最小的,即
               (2.24)
切比雪夫逼近理论指出,这样的多项式是存在的,而且是唯一的,并指出了构造这种最佳一致逼近多项式的方法,这就是有名的“交错点组定理”:
设f(x)是定义在[a, b]上的连续函数,p(x)为 中一个一阶次不超过n的多项式,并令 及E(x)=p(x)-f(x),p(x)是f(x)最佳一致逼近多项式的充要条件是,E(x)在[a, b]上至少存在n+2个交错点 ,使

这n+2个点即是“交错点组”,显然x1,x2…xn+2,是E(x)的极值点。
n阶切比雪夫多项式 (2.26)
在区间[-1, 1]上存在n+1点
    ,k=0,1,,n,                  (2.27)
轮流使得 取得最大值+1和最小值-1。 是x的多项式,且最高项 的系数是 ,可以证明,在所有n阶多项式中,多项式 和0的偏差为最小。这样,如果我们在寻找p(x)时,能使误差函数为某一个 ,那么,这样的p(x)将是对f(x)的最佳一致逼近。
基于交错定理,最优线性相位FIR滤波器的设计步骤如下:
1、输入部分,包括滤波器性能要求以及滤波器的类型,前者指的是所需的频率响应的幅度函数 ,加权函数 和滤波器单位抽样响应长度N,后者是要指出所需要设计的是带通(包括低通、带通、高通、带阻等)滤波器或是微分器或者是希尔伯特变换器。 基于最速下降法的FIR滤波器设计方法研究(4):http://www.751com.cn/tongxin/lunwen_2953.html
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