IIR+全通滤波器实现相位平衡_matlab仿真
1.全通系统实现相位均衡
本文从逆向角度出发,基于搜索最优化策略对全通系统相位平衡问题进行了初步研究。主要思想:在频域中对它在单位圆上抽样N个点,按照所要求的频率特性,找出一个全通滤波器,使其满足一定的相位特性。最后利用最优化(例如遗传算法)策略进行迭代,找到满足要求的最优解。适用于低通系统相位补偿的二阶全通滤波系统如下:
2.设计满足特定相位条件的全通滤波器
2.1 产生实验信号,组份0.01 0.02(保留) 0.6、0.7(低通滤波滤掉)
2.2 设计低通滤波器,进行滤波,并观察滤波后的信号是否发生了相位失真
低通滤波器作用下,高频成分被过滤掉,仅剩下低频成分0.01、0.02。我们再看看滤波后,幅值和相位发生了什么变化?我们发现,幅度图像有点变形!转过来看一下相位图像!!!问题出现了,发生了相位失真!就是说,经过低通滤波时0.01和0.02两个频率成分“相对步调”不一致,这就是群延时的意义,说明该滤波器的群延时不是常数。3.构造特定全通滤波器相位,并利用遗传算法进行参数搜索设计
经过全通滤波器后,发现相位失真被补偿回来了!!!0.01/0.02步调又一致了。最后,我们分析一下,相位补偿过程中,我们做的工作:这张图才是相位均衡的核心,黑丝线条是低通巴特沃兹滤波器引进的非线性相位;蓝色曲线是我们利用全通滤波器构造的非线性相位,两者通过系统级联完成了线性相位的设计!
3.MATLAB源代码分享
%% *************************************************************%% %All Rights Reserved @Shenchunxu %Data:20161130 Tsinghua Univ.%全通滤波系统实现零相位均衡 %%***********************************************************************%% clc;clear all;close all; %% 生成模拟模拟信号 Fs = ; t = ; %归一化频率设计0.01 0.02 0.06 0.07 y = ; yreal = ; %% 设计一个低通滤波器*********************************************%% fp=15/500;%通带截止频率 0.03 fs=40/500;%阻带截止频率 0.06 wp=3; %通带最大衰减 ws=30; %阻带最大衰减 [n,fc]=buttord(fp,fs,wp,ws); [b1,a1]=butter(n,fc); [h1,w]=freqz(b1,a1); LP_phase = unwrap(angle(h1))*180/pi; %低通滤波器的相位函数 %% 设计全通滤波器 进行相位补偿 ************************************%% Ideal_Phase = zeros(512,1); Y0 = min(min(LP_phase)); for i=1:1:512Ideal_Phase(i,1) = (Y0*i)/512; end %全通滤波器需要补偿的相位 AP_Phase = zeros(512,1); for j=1:1:512 AP_Phase(j,1) = Ideal_Phase(j,1) - LP_phase(j,1); end %% 利用遗传算法优化设计二阶全通滤波器 ******************************%% %滤波器原型为:H(z)=(b+a*z^(-1)+z^(-2))/(1+a*z^(-1)+b*z^(-2)); %目标函数:minimum -> delt = sum(abs(AP_Phase-AP_Phase_temp)); %动态范围:a->[-100,100] b->[-100,100] options = gaoptimset(); options.Generations = 20000; %最大迭代数设为20000 UP = [100,100]; LOW = [-100,-100];%变量上下限 [X,FVAL] = ga(@myfit, 2 ,[], [],[],[],LOW,UP,[],options); [h3,w]=freqz([X(2),X(1),1],[1,X(1),X(2)]); AP_Phase_Lab = unwrap(angle(h3))*180/pi; %低通滤波器的相位函数 %% 相位校正后的效果 **********************************************%% plot(w/pi,LP_phase+AP_Phase_Lab);
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