Введение к работе
Актуальность темы. Методы цифровой обработки сигналов, в частности, цифровой фильтрации широко применяются во многих технических системах: системах связи, обработки изображений, рацио- и гидролокации, биомедицинской техники, исследования земных ресурсов и т. д. Внедрению цифровой обработки в значительной степени способствует прогресс в области цифровой техники, в первую очередь, развитие цифровых процессоров обработки сигналов (ЦПОС). В связи с этим актуальной является задача дальнейшего совершенствования и разработки оптимального проектирования цифровых фильтров (ЦФ) как важных функциональных узлов цифровой обработки сигналов на современной элементной базе. В настоянеє нретмн методическое и программное обеспечение ІіросКТИ|>о-вания ЦФ достаточно хорошо развито как для этапа аппроксимации характеристик, так и для этапа аппаратурной реализации. Однако не все задачи проектирования проработаны одинаково глубоко; в частности, не достаточно исследованы представляющие практический интерес вопросы совместной аппроксимации частотных и временных характеристик, оптимизации чувствительности к эффектам квантования, оптимизации динамического диапазона ЦФ и др.
Учитывая изложенное выше, тема диссертации, направленная на развитие методов оптимального синтеза ЦФ на сигнальных процессорах, является актуальной.
Цель работы Целью диссертационной работы является развитие методов оптимальной аппроксимации одновременно частотных и временных характеристик и реализации ЦФ на ЦПОС.
Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие задачи:
-
Разработка метода и алгоритма решения задачи совместной аппроксимации частотных и временных характеристик.
-
Разработка методики аппроксимации характеристик ЦФ с минимизацией чувствительности передаточной функции к изменениям коэффициентов или с заданной нестабильностью характеристик.
-
Развитие методов оптимизации динамического диапазона ЦФ применительно к каскадным соединениям звеньев второго порядка.
-
Разработка методического и программного обеспечения для реализации ЦФ на ЦПОС (TMS320) и экспериментальное исследование полученных характеристик.
Методы исследования. При решении поставленных задач были использованы основные положения теории цифровой обработки сигналов, теории линейных дискретных систем и электрических цепей, методы аппроксимации частотных и временных характеристик, анализа и реализации цифровых фильтров, методы решения оптимизационных задач, в частности, нелинейного математического программирования. Применялось также математическое моделирование на ПЭВМ IBM PC.
Научная новизна. Осуществлено комплексное решение задач совместной оптимальной аппроксимации частотных и временных характеристик и реализации ЦФ на сигнальных процессорах. При этом получены следующие новые результаты: обосновано применение оптимизационных методов для совместной аппроксимации; поставлена и решена задача одновременной аппроксимации характеристики затухания (ХЗ) (с требованиями в полосе пропускания и задерживания), характеристики группового времени запаздывания (ХГВЗ) и характеристики, заданной во временной области ( миними-
зация выбросов выходной реакции на прямоугольное возбуждение); разработано методическое обеспечение для решения задач одновременной аппроксимации в частотной и временной областях с произвольными требованиями (например, к огибающим импульсных характеристик); предложена методика аппроксимации частотных характеристик ЦФ с заданной нестабильностью как решение задачи центрирования области работоспособности и определения диапазонов изменения коэффициентов передаточной функции (ПФ) внутри этой области; разработан метод оптимизации динамического диапазона ЦФ каскадной структуры, который требует меньших вычислительных затрат, чем известные.
Практическая цеттстк. Результаты работы расширяют возможности оптимального проектирования цифровых фильтров. Разработанные методы и алгоритмы послужили основой пакета программ оптимального проектирования ЦФ с требованиями на частотные и временные характеристики; этот пакет включен в систему автоматизированного проектирования фильтров, созданную на кафедре электрофизики МЭИ.
Достоверность основных положений и результатов работы подтверждается вычислительным экспериментом, который показал, что частотные и временные характеристики ЦФ, реализованных на ЦПОС, удовлетворяют всем требованиям к этим характеристикам.
Апробация работы и публикации. Результаты работы докладывались на международной конференции " Информационные средства и технологии (МФИ-95)". Опубликованы тезисы доклада на этой конференции.
Структура\ и. J2&l>eiLJBtS(!xaimti. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, приложений и списка литературы, включающего 107 наименований. Основной текст изложен на 110
-в -
страницах, включая 15 страниц рисунков и 2 страницы таблиц Приложения содержат 24 страницы.
