应用研究
多抽样率数字信号处理
在Galileo导航信号接收中的应用
王向昆
(中国电子科技集团公司第54研完所河北石家庄050081)
与度人
摘要：多损样率数宇信号处理因其能灵活地转换采样单，已经成为信号处理学科的重要内容。多采样系统需要通过滤波器来改善其性能本文分析了一般滤波器的设计方法与理论，着重研究了积分梳状滤波器和半带露波器达两种多指样率滤波器。最后结合工程实践，给出了多指样率数字信号处理在Galileo导航信号接收中的实例。
关键调：多抽样率积分梳状滤波器车带滤波器Galileo
中图分类号：TP393 1、引言
文献标识码：A
文章编号：1007-9416(2012)04-0054-02
设计法等。
3.2积分梳状滤波器
多抽样率数字信号处理是自20世纪70年代开始发展起来的数字信号处理领域的一门重要技术。国外对多抽样率数字信号处理的研究起步较早，国外现已出版多本多抽样信号处理的专著。国内对多抽样数字信号处理的研究起步较晚，从20世纪90年代初期才开始系统的研究。多抽样率信号处理在高速ADC的分析和应用中占有重要地位，目前导航信号接收机的设计中通常都是对中频信号进行ADC转换后进行数字信号处理，Galileo导航系统由多个频点，不同的频点导航信号有不同的带宽和信号速率。当采用统一的中频接收机设计时，抽样速率数字信号处理的技术成为必须的信号处理技术。
2、多抽样速率滤波器
多抽样率是指改变信号的抽样率，包括抽取和内插两种情况。使抽样率降低的抽样率转换，称为抽取，反之，使抽样率升高的抽样率转换，称为内插。抽取是在原始信号序列中均勾的提取若干点组成一个新的序列，从面实现抽样率的降低变换。当信号速率需要降低M(整数)倍时，常采用M-抽取办法，即把原始的采样序列每隔 M-1点取一个点，形成新的采样序列。其中M称为抽取因子。与之相反，L一内插是指在原始序列的相邻样本之闻等闻距的插人L一1个零值。由抽样定理可知，抽样率的降低会引起数字频谱的展宽，这样可能会造成信号频谱的混叠，所以抽取之前需要加一抗混叠滤波器，内插是在原始信号序列的每两点之间添加若干个0，使抽样率增高的变换。内播会形成镜像频谱，这需要内插后加一滤波器来消除。镜像不会造成信息的损失，可以通过适当的滤波器滤除镜像，需要的结果通常视为是对原始信号的移频或变频。一般，将抗混叠滤波器
和去除镜像的滤波器综合叫做多抽样率滤波器。 3、多抽样率信号处理中的滤波器
滤波器在多抽样率系统中起着至关重要的作用。在滤波器处理中改变采样率一般可以提供硬件的处理性能和降低系统成本。多抽样率系统能以更好的性能保证信号处理任务的实现，与此同时，和传统滤波器相比，在保证处理性能下能够降低系统成本。
3.1滤波器设计
对于数字滤波器，从实现方法上来看看，分为IR(无限冲击响应)滤波器和FIR(有限冲击响应)滤波器。无论是IIR滤波器还是 FIR滤波器，它们的设计通常包括三个步骤：
(1)根据工程技术需求确定滤波器的技术指标；(2)设计一个H(z)使其逼近所欲的技术指标；(3)在硬件中实现所设计的H(z)。
FIR的滤波器的设计方法主要是建立对理想滤波器频率特性做某种近似，这些近似方法有窗函数法，频率抽样法和最优等纹波
积分梳状滤波器是现代信号处理中常用的模块。由于他结构简单，没有乘法，只有加法器，积分器和寄存器，非常适合于在高速实时信号处理中应用。尤其是在多抽样率信号处理中，可以很方便实现抽样率转换时的滤波，
积分梳状滤波器的冲击响应具有如下的形式
1,0 ≤ n≤ RM 1
h(n) = t
0,其他
(31)
积分梳状滤波器是线性时不变系统，可以通过卷积求其输出，设输人的信号为x(n),则输出为：
x(nm)h(m)
J(n)= r(n)+ (n) =
(32)
由(3-2)可以看出，积分梳状滤波器的实现非常简单，因为它无需一般的FIR滤波器所需的乘法运算，这对提供实时性，简化硬件设计都具有重要意义。
3.3半带滤波器
半带滤波器在多速率信号处理中占用重要的位置，因为这种滤波器非常适合对于2N的整数倍抽取或内插，而且计算效率高，实时性强。通过与其它滤波器组的组合使用，可以很方使的实现2的倍数的抽样率变换，
率带滤波器具有如下特性：
(1)通带和阻带对称，通带纹波和阻带纹波相当，即5，=5，，(2)通带的边频和阻带边频相对于否/2对称，即6，=-0,：(3)所有的h(n)的偶次系数均为0。
图1展示的是率带滤波器的频率特性。
由于率带滤波器的系数的对称性和近一率系数为零，使得滤波 Heint
+8LAAA AAN+
,
了,74
0
±/2
/2
图1半带滤波器的频率特性