專(zhuān)利名稱(chēng)：開(kāi)關(guān)電流自適應(yīng)混沌差分進(jìn)化小波濾波器設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種開(kāi)關(guān)電流自適應(yīng)混沌差分進(jìn)化小波濾波器設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
小波濾波器廣泛地應(yīng)用于信號(hào)分析、圖像與語(yǔ)音處理以及非線性科學(xué)等領(lǐng)域，小波濾波器的設(shè)計(jì)倍受重視?，F(xiàn)有技術(shù)中，存在多種小波濾波器設(shè)計(jì)方法。在已報(bào)道的開(kāi)關(guān)電容小波濾波器設(shè)計(jì)方法中，通過(guò)調(diào)節(jié)電路時(shí)鐘頻率或電容比，實(shí)現(xiàn)濾波器膨脹系數(shù)控制， 但需要線性浮置電容，與數(shù)字CMOS工藝不兼容。同時(shí)，該濾波器中運(yùn)算放大器存在的非理想性影響設(shè)計(jì)精度。此外，由于集成工藝尺寸的縮小導(dǎo)致電源電壓不斷降低，將直接減小作用于開(kāi)關(guān)電容上的最大電壓擺幅，從而減小小波濾波器的最大可達(dá)動(dòng)態(tài)范圍。在對(duì)數(shù)域小波濾波器設(shè)計(jì)方法中，常采用逼近法求取濾波器的頻域傳遞函數(shù)，但這種逼近中傳遞函數(shù)的分子和分母多項(xiàng)式次數(shù)難于確定，且不能保證獲得的逼近系統(tǒng)是穩(wěn)定的；對(duì)數(shù)域積分器的時(shí)間常數(shù)與熱電壓Vt成正比，易引起濾波器頻率特性不穩(wěn)定。采用L2范數(shù)法設(shè)計(jì) OTA-C小波濾波器，求小波逼近函數(shù)時(shí)易陷入局部最優(yōu)，且其逼近性能取決于初始值的選擇；OTA-C濾波器的時(shí)間常數(shù)決定于元器件參數(shù)的絕對(duì)值，由于制造工藝的容差導(dǎo)致元器件參數(shù)偏離設(shè)計(jì)值和隨工作條件的變化而變化，因此，使其濾波器頻率特性的精度和穩(wěn)定性難于滿(mǎn)足系統(tǒng)的需要。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，本發(fā)明提供一種具有高頻特性好，動(dòng)態(tài)范圍大，適合低電壓下工作和與數(shù)字CMOS工藝兼容的開(kāi)關(guān)電流自適應(yīng)混沌差分進(jìn)化小波濾波器設(shè)計(jì)方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是其包括以下步驟(1)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)函數(shù)逼近理論，構(gòu)造基本小波函數(shù)的時(shí)域逼近函數(shù)；(2)小波逼近函數(shù)的最優(yōu)系數(shù)求解；(3)小波逼近函數(shù)的Laplace 變換；(4)求得小波濾波器的網(wǎng)絡(luò)函數(shù)；(5)小波逼近網(wǎng)絡(luò)函數(shù)的開(kāi)關(guān)電流技術(shù)綜合，即采用開(kāi)關(guān)電流技術(shù)設(shè)計(jì)小波濾波器；所述小波逼近函數(shù)的最優(yōu)系數(shù)求解采用自適應(yīng)混沌差分進(jìn)化優(yōu)化算法。所述網(wǎng)絡(luò)函數(shù)逼近理論是指因通常的小波函數(shù)是非因果的，不能直接通過(guò)硬件電路實(shí)現(xiàn)，為了設(shè)計(jì)可現(xiàn)實(shí)的小波變換電路，對(duì)小波函數(shù)求取時(shí)域逼近函數(shù)。所述小波逼近函數(shù)的通用表達(dá)式可表示為WO = 一，其中,Ai和Pi為系數(shù)，可以
1=1
為實(shí)數(shù)或虛數(shù)，i為下標(biāo)，η為濾波器階數(shù)，t為時(shí)間變量。所述開(kāi)關(guān)電流技術(shù)是基于電流模的模擬取樣數(shù)據(jù)信號(hào)處理技術(shù)，它采用離散時(shí)間取樣數(shù)據(jù)系統(tǒng)處理連續(xù)時(shí)間模擬信號(hào)。所述自適應(yīng)混沌差分進(jìn)化優(yōu)化算法是在基本差分進(jìn)化算法的基礎(chǔ)上，引入混沌理論初始化種群，提高種群的多樣性；在變異和交叉操作中引入自適應(yīng)策略，根據(jù)算法的搜索進(jìn)展情況，自適應(yīng)地確定變異率和交叉率，提高算法的全局尋優(yōu)能力。本發(fā)明的原理是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)函數(shù)逼近理論，構(gòu)造基本小波函數(shù)的時(shí)域逼近函數(shù)，采用自適應(yīng)混沌進(jìn)化優(yōu)化算法求取小波逼近函數(shù)最優(yōu)系數(shù)，從而獲得最優(yōu)小波逼近函數(shù)與小波濾波器網(wǎng)絡(luò)函數(shù)，再利用開(kāi)關(guān)電流技術(shù)設(shè)計(jì)小波濾波器。本發(fā)明提出了一種新的小波濾波器設(shè)計(jì)方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，構(gòu)造的時(shí)域小波逼近函數(shù)具有通用性，適合于任意小波函數(shù)的逼近；自適應(yīng)混沌差分進(jìn)化算法具有操作過(guò)程簡(jiǎn)單，收斂速度快和全局最優(yōu)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)；開(kāi)關(guān)電流技術(shù)設(shè)計(jì)的小波濾波器工作于電流模式，具有低壓、低功耗和高速的特點(diǎn)；與數(shù)字CMOS VLSI工藝完全兼容。


圖1為本發(fā)明流程框圖；圖2為自適應(yīng)混沌差分進(jìn)化優(yōu)化算法逼近的高斯一階導(dǎo)數(shù)小波函數(shù)；圖3為自適應(yīng)混沌進(jìn)化優(yōu)化算法逼近的高斯一階導(dǎo)數(shù)小波函數(shù)零極圖(尺度a = 1)；圖4為開(kāi)關(guān)電流雙二次濾波器框圖；圖5為開(kāi)關(guān)電流雙二次濾波器；圖6為開(kāi)關(guān)電流高斯一階導(dǎo)數(shù)小波濾波器；圖7為高斯一階導(dǎo)數(shù)小波濾波器脈沖響應(yīng)(a = 1,2,4,8,16)；圖8為不同尺度高斯一階導(dǎo)數(shù)小波濾波器幅頻特性；圖9為輸入電力負(fù)載信號(hào)的開(kāi)關(guān)電流小波濾波器輸出結(jié)果。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。參照?qǐng)D1，本實(shí)施例包括以下步驟(1)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)函數(shù)逼近理論，構(gòu)造基本小波函數(shù)的時(shí)域逼近函數(shù)；( 采用自適應(yīng)混沌差分進(jìn)化優(yōu)化算法求解小波逼近函數(shù)的最優(yōu)系數(shù)；C3)小波逼近函數(shù)的Laplace變換；(4)求得小波濾波器的網(wǎng)絡(luò)函數(shù)；( 小波逼近網(wǎng)絡(luò)函數(shù)的開(kāi)關(guān)電流技術(shù)綜合，即采用開(kāi)關(guān)電流技術(shù)設(shè)計(jì)小波濾波器。本發(fā)明方法適合任何類(lèi)小波濾波器的設(shè)計(jì)。為了說(shuō)明的方便，下面以高斯一階導(dǎo)數(shù)小波濾波器設(shè)計(jì)為例進(jìn)行說(shuō)明。1、高斯一階導(dǎo)數(shù)小波濾波函數(shù)的逼近與傳遞函數(shù)的最優(yōu)化計(jì)算方法高斯一階導(dǎo)數(shù)小波函數(shù)時(shí)域表達(dá)式為ψ( ) = -2(2/π)υ4 2β-'2(1)式中，V(t)為小波函數(shù)，t為時(shí)間變量。顯然⑴式是非因果的，為了得到因果系統(tǒng)，令、=2，則時(shí)延高斯一階導(dǎo)數(shù)小波函數(shù)Ψ (t-2)為ψ( -2) = -2(2 / n)m (t - 2f e-('-2)1(2)下面求取小波函數(shù)ψ (t-2)的逼近函數(shù)。依據(jù)網(wǎng)絡(luò)函數(shù)逼近理論，令小波濾波器沖激響應(yīng)h(t)的逼近函數(shù)為h{t) = σχβσι' sin(a30 + σΑβσι' cos(o-30 +σ5βσ6' sin(o"70 +
權(quán)利要求
1.開(kāi)關(guān)電流自適應(yīng)混沌差分進(jìn)化小波濾波器設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟(1)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)函數(shù)逼近理論，構(gòu)造基本小波函數(shù)的時(shí)域逼近函數(shù)；( 小波逼近函數(shù)的最優(yōu)系數(shù)求解； (3)小波逼近函數(shù)的Laplace變換；(4)求得小波濾波器的網(wǎng)絡(luò)函數(shù)；( 小波逼近網(wǎng)絡(luò)函數(shù)的開(kāi)關(guān)電流技術(shù)綜合，即采用開(kāi)關(guān)電流技術(shù)設(shè)計(jì)小波濾波器；其特征在于，所述小波逼近函數(shù)的最優(yōu)系數(shù)求解采用自適應(yīng)混沌差分進(jìn)化優(yōu)化算法。
全文摘要
開(kāi)關(guān)電流自適應(yīng)混沌差分進(jìn)化小波濾波器設(shè)計(jì)方法，其包括以下步驟(1)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)函數(shù)逼近理論，構(gòu)造基本小波函數(shù)的時(shí)域逼近函數(shù)；(2)小波逼近函數(shù)的最優(yōu)系數(shù)求解；(3)小波逼近函數(shù)的Laplace變換；(4)求得小波濾波器的網(wǎng)絡(luò)函數(shù)；(5)小波逼近網(wǎng)絡(luò)函數(shù)的開(kāi)關(guān)電流技術(shù)綜合，即采用開(kāi)關(guān)電流技術(shù)設(shè)計(jì)小波濾波器；所述小波逼近函數(shù)的最優(yōu)系數(shù)求解采用自適應(yīng)混沌差分進(jìn)化優(yōu)化算法。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，構(gòu)造的時(shí)域小波逼近函數(shù)具有通用性，適合于任意小波函數(shù)的逼近；自適應(yīng)混沌差分進(jìn)化算法具有操作過(guò)程簡(jiǎn)單，收斂速度快和全局最優(yōu)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)；開(kāi)關(guān)電流技術(shù)設(shè)計(jì)的小波濾波器工作于電流模式，具有低壓、低功耗和高速的特點(diǎn)；與數(shù)字CMOS VLSI工藝完全兼容。
文檔編號(hào)G06F17/50GK102176214SQ201110054550
公開(kāi)日2011年9月7日 申請(qǐng)日期2011年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月8日
發(fā)明者何怡剛, 李目 申請(qǐng)人:長(zhǎng)沙河野電氣科技有限公司