[发明专利]原型滤波器生成方法、装置、信道化方法和星载通信装置

说明书

本发明提供一种原型滤波器生成方法、装置、信道化方法和星载通信装置，其中原型滤波器生成方法包括：基于任意通道数余弦调制滤波器组的混叠失真误差模型，确定余弦调制滤波器组的原型滤波器的参数优化代价函数；参数优化代价函数使得生成的超高阶原型滤波器满足近似完美重构条件；对参数优化代价函数进行全局迭代寻优，直至当前轮寻优得到的最优解的适应度达到预设阈值；以该最优解为初值进行参数优化代价函数的局部寻优，得到原型滤波器的滤波器参数。本发明抑制了相邻子带以及非相邻子带间的带外泄露和频谱混叠失真，降低了海量参数规划问题求解的计算复杂度，并提高了超高阶原型滤波器的生成效率。

技术领域

本发明涉及信号处理技术领域，尤其涉及一种原型滤波器生成方法、装置、信道化方法和星载通信装置。

背景技术

M通道非均匀双正交余弦调制滤波器组（CMFB）可以基于第IV类离散余弦变换对线性相位FIR原型滤波器进行均匀对偶调制，实现宽带复杂频谱的细粒度柔性分解，并通过对若干子带的综合重构完成特定波形的多尺度全相干反演。因此，CMFB结构凭借资源开销小、波形分析灵活度高等优势，被广泛应用于宽带卫星通信、雷达认知对抗、智能语音和图像处理等领域。以下一代低轨卫星隐蔽通信为例，特定时段内用户数量、各用户频谱位置及所占带宽随机动态变化，系统业务类型繁杂，子带波形标准、模式多样，对CMFB宽带通信收发机的数字信道化和抗干扰能力提出严峻挑战。

低通原型滤波器的设计是实现CMFB的关键，而原型滤波器的阶数与系统计算复杂度密切相关。日益膨胀的信号带宽和不断细化的频谱资源分配要求使得接收机信道化规模与频带分析密度呈现指数级增长态势，导致更加陡峭的原型滤波器过渡带，也意味着更高的滤波器阶数，进而大幅增加CMFB参数的设计难度、延长了开发周期。而信道数的成倍增加同时将加剧子带间的频谱混叠失真，因此，迫切需要一种更加高效，且能抑制子带间频谱混叠失真的原型滤波器参数设计和优化方法。

目前的原型滤波器参数设计优化方法包括基于梯度的迭代算法和自然启发式优化技术。应对上述由信道数攀升带来的设计困难时，前者虽具有较快的收敛性能，但容易陷入局部最优；而后者拥有良好的全局寻优能力，但收敛速度有限。此外，现有方案在进行原型滤波器参数设计优化时，通常只考虑相邻子带间频谱混叠效应的抑制与抵消。然而，事实上在对接收机进行大规模信道化时，远端用户由于通道非理想隔离导致的能量泄露在CMFB进行多抽样率切换的过程中，同样会被翻折到目标用户所在子带，引发子带间频谱混叠失真，导致系统误码率性能恶化。

发明内容

本发明提供一种原型滤波器生成和滤波方法、装置、电子设备和存储介质，用以实现强混叠抑制和低频响失真的信道化能力，并提高原型滤波器参数设计和优化的效率。

本发明提供一种原型滤波器生成方法，包括：

基于任意通道数余弦调制滤波器组的混叠失真误差模型，确定所述余弦调制滤波器组的原型滤波器的参数优化代价函数；所述参数优化代价函数使得生成的原型滤波器满足近似完美重构条件；

对所述参数优化代价函数进行全局迭代寻优，直至当前轮寻优得到的最优解的适应度达到预设阈值；

以所述最优解为初值进行参数优化代价函数的局部寻优，得到所述原型滤波器的滤波器参数。

根据本发明提供的一种原型滤波器生成方法，所述当前轮寻优得到的最优解是针对种群中的各个生物体依次进行互利共生搜索、偏利共生搜索和寄生搜索后得到的；任一生物体对应所述参数规划目标的一个候选解；

其中，针对所述种群中的任一生物体进行互利共生搜索，具体包括：

随机选择所述种群中的另一生物体；