CN116561479A - 一种二分之一反升余弦窗函数的构造方法、装置及滤波器 - Google Patents

一种二分之一反升余弦窗函数的构造方法、装置及滤波器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种二分之一反升余弦窗函数的构造方法、装置及滤波器，方法包括将输入信号进行反馈积分运算处理，得到第一积分输出信号，将第一积分输出信号进行积分运算，得到第二积分输出信号，形成闭环反馈；将输入信号进行延时处理，得到第一延时器输出信号；将第二积分输出信号进行延时比例控制处理，得到第一比例控制器输出信号；通过将第一延时器输出信号和第一比例控制输出信号进行数值运算处理，构造二分之一反升余弦窗函数，通过二分之一反升余弦窗函数设计最速跟踪滤波器。本实施例实现了在滤波过程中提升输出跟踪输入信号的性能，突破一阶惯性滤波器的指数型的跟踪滤波机制，滤波性能优越。

Description

一种二分之一反升余弦窗函数的构造方法、装置及滤波器
技术领域
本发明涉及信号处理技术和工业过程控制技术领域，尤其涉及一种二分之一反升余弦窗函数的构造方法、装置及滤波器。
背景技术
在信号处理技术领域，窗函数法是基础且普遍应用的滤波器设计方法，采用窗函数设计数字低通滤波器，得到频域滤波效果。常见的窗函数包括有：矩形窗、等腰三角窗、汉宁窗、海明窗、布莱克曼窗和切比雪夫窗等。而这几种常见的窗函数，阻带衰减、旁瓣峰值等参数是固定的，通带起伏和阻带衰减相等，对滤波器性能将产生一些不利的影响。
在工业过程控制领域，在过程信号普遍存在高频随机噪声干扰，运用低通滤波器(Low pass filters，LPF)滤除高频随机噪声干扰是常用的技术手段，其中一阶惯性滤波器(First order inertial filter，FOIF)是一种大量运用的和基本的LPF。从提高工业过程控制性能的角度，要求LPF在滤除高频随机噪声干扰同时，能够减小LPF滤波的滞后。
在工业过程控制领域，大量运用的比例-积分-微分(proportional-integral-derivative，PID)控制器代表了一种首选的基础性控制技术，基础控制地位至今难以撼动。从工业控制技术发展的角度，基础性控制技术不可能一直停留在PID控制，需要产生出能够取代现有PID控制的新型基础控制技术(New foundation control，NFC)。实现取代PID控制的NFC，在本质上是从LPF的角度突破FOIF的指数型的跟踪滤波机制，PID结构基于FOIF构造，FOIF代表了一种典型的指数型的跟踪滤波机制，FOIF主要存在输出跟踪输入性能不高的问题，无法实现高效滤波。
发明内容
本发明提供了一种二分之一反升余弦窗函数的构造方法、装置及滤波器，实现在滤波过程中提升输出跟踪输入信号的性能，突破一阶惯性滤波器的指数型的跟踪滤波机制，滤波性能优越。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种二分之一反升余弦窗函数的构造方法，包括：
将输入信号进行反馈积分运算处理，得到第一积分输出信号，并将第一积分输出信号进行积分运算，得到第二积分输出信号；
将输入信号进行延时处理，得到第一延时器输出信号；
将第二积分输出信号进行延时比例控制处理，得到第一比例控制器输出信号；
通过将第一延时器输出信号和第一比例控制输出信号进行数值运算处理，构造二分之一反升余弦窗函数。
实施本发明实施例，将输入信号进行反馈积分运算处理，得到第一积分输出信号，并将第一积分输出信号进行积分运算，得到第二积分输出信号；将输入信号进行延时处理，得到第一延时器输出信号；将第二积分输出信号进行延时比例控制处理，得到第一比例控制器输出信号；通过将第一延时器输出信号和第一比例控制输出信号进行数值运算处理，构造二分之一反升余弦窗函数，通过二分之一反升余弦窗函数实现构造最速滤波，在滤波过程中提升跟踪输入信号的性能，在本质上突破一阶惯性滤波器的指数型的跟踪滤波机制，与一阶惯性滤波相比，滤波性能优越。
作为优选方案，将输入信号进行反馈积分运算处理，得到第一积分输出信号，具体为：
将输入信号输入至第一减法器的被减数端，将第二积分输出信号输入至第一减法器的减数端，输入信号和第二积分输出信号进行减法运算，得到反馈输出信号，形成闭环反馈；
将反馈输出信号输入至第一积分器的输入端，在第一积分器的输出端得到第一积分输出信号；其中，第一积分器的表达为：
其中，fFI(s)为第一积分器的拉普拉斯传递函数，TW为窗口时间长度。
作为优选方案，将第一积分输出信号进行积分运算，得到第二积分输出信号，具体为：
将第一积分输出信号输入至第二积分器的输入端，在第二积分器的输出端得到第二积分输出信号；其中，第二积分器的表达为：
其中，fSI(s)为第二积分器的拉普拉斯传递函数；TW为窗口时间长度。
作为优选方案，将输入信号进行延时处理，得到第一延时器输出信号，具体为：
将输入信号输入至第一延时器的输入端，在第一延时器的输出端得到第一延时器输出信号；其中，第一延时器的表达为：
其中，fL:A(s)为第一延时器的拉普拉斯传递函数，TF:A为第一延时器的延时常数。
作为优选方案，将第二积分输出信号进行延时比例控制处理，得到第一比例控制器输出信号，具体为：
将第二积分输出信号进行延时处理，得到第二延时器输出信号；
将第二积分输出信号输入至加法器的第一输入端，将第二延时器输出信号输入至加法器的第二输入端，在加法器中将第二积分输出信号和第二延时器输出信号相加，得到加法器输出信号；
将加法器输出信号输入第一比例控制器输入端，在第一比例控制器的输出端得到第一比例控制器输出信号。
作为优选方案，将第二积分输出信号进行延时处理，得到第二延时器输出信号，具体为：
将第二积分输出信号输入至第二延时器的输入端，在第二延时器的输出端得到第二延时器输出信号；其中，第二延时器的表达为：
其中，fL:B(s)为第二延时器的拉普拉斯传递函数，TL:B为第二延时器的延时常数。
作为优选方案，通过将第一延时器输出信号和第一比例控制输出信号进行数值运算处理，构造二分之一反升余弦窗函数，具体为：
将第一延时器输出信号输入至第二减法器的减数端，将第一比例控制输出信号输入至第二减法器的被减数端，在第二减法器中将第一比例控制输出信号减去第一延时器输出信号，得到第二减法器输出信号；
根据第二减法器输出信号，构造二分之一反升余弦窗函数。
作为优选方案，根据第二减法器输出信号，构造二分之一反升余弦窗函数，具体为：
将第二减法器输出信号的输出作为二分之一反升余弦窗函数的输出，构造二分之一反升余弦窗函数，公式为：
TL:A＝TL:B＝TW
其中，fHRCWF(s)为二分之一反升余弦窗函数的拉普拉斯传递函数，TW为窗口时间长度，TL:A为第一延时器的延时常数，TL:B为第二延时器的延时常数，KP:A为第一比例控制器的比例增益。
为了解决相同的技术问题，本发明实施例还提供了一种二分之一反升余弦窗函数的构造装置，包括：反馈积分模块、延时处理模块、比例控制模块和构造模块；
其中，反馈积分模块用于将输入信号进行反馈积分运算处理，得到第一积分输出信号，并将第一积分输出信号进行积分运算，得到第二积分输出信号；
延时处理模块用于将输入信号进行延时处理，得到第一延时器输出信号；
比例控制模块用于将第二积分输出信号进行延时比例控制处理，得到第一比例控制器输出信号；
构造模块用于通过将第一延时器输出信号和第一比例控制输出信号进行数值运算处理，构造二分之一反升余弦窗函数。
为了解决相同的技术问题，本发明实施例还提供一种滤波器，包括二分之一反升余弦窗函数的构造装置、第三积分器和第二比例控制器；其中，二分之一反升余弦窗函数的构造装置执行二分之一反升余弦窗函数的构造方法；
将二分之一反升余弦窗函数的构造装置、第三积分器和第二比例控制器进行串联，得到滤波器，公式为：
其中，fFTF(s)为滤波器的拉普拉斯传递函数，fHRCWF(s)为二分之一反升余弦窗函数的拉普拉斯传递函数，TI为积分时间，TW为窗口时间长度，KP:B为第二比例控制器的比例增益。
附图说明
图1为本发明提供的一种二分之一反升余弦窗函数的构造方法的一种实施例的流程示意图；
图2为本发明提供的一种二分之一反升余弦窗函数的构造方法的一种实施例的构造二分之一反升余弦窗函数的结构图；
图3为本发明提供的一种二分之一反升余弦窗函数的构造方法的一种实施例的第二积分输出信号的过程图；
图4为本发明提供的一种二分之一反升余弦窗函数的构造方法的一种实施例的第二延时器输出信号的过程图；
图5为本发明提供的一种二分之一反升余弦窗函数的构造方法的一种实施例的二分之一反升余弦窗函数输出的过程图；
图6为本发明提供的一种二分之一反升余弦窗函数的构造装置的一种实施例的结构示意图；
图7为本发明提供的一种滤波器的一种实施例的连接示意图；
图8为本发明提供的一种滤波器的一种实施例的最速跟踪滤波器的输出过程图；
图9为本发明提供的一种滤波器的一种实施例的跟踪对比结果图；
图10为本发明提供的一种滤波器的一种实施例的滤波输出对比结果图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的名词简称具体为：二分之一反升余弦窗函数(Halfraised cosine windows function，HRCWF)，一阶惯性滤波器(First order inertialfilter，FOIF)，最速跟踪滤波器(Fastest tracking filter，FTF)。
实施例一
请参照图1，为本发明实施例提供的一种二分之一反升余弦窗函数的构造方法的流程示意图。本实施例的构造方法适用于跟踪滤波，本实施例通过构造二分之一反升余弦窗函数，在滤波过程中提升跟踪输入信号的性能，突破一阶惯性滤波器的指数型的跟踪滤波机制。该构造方法包括步骤101至步骤104，各步骤具体如下:
步骤101：将输入信号进行反馈积分运算处理，得到第一积分输出信号，并将第一积分输出信号进行积分运算，得到第二积分输出信号。
在本实施例中，通过本发明构造的二分之一反升余弦窗函数为二分之一反升余弦窗函数，构造二分之一反升余弦窗函数的结构图，如图2所示，构造二分之一反升余弦窗函数时，将第二积分的输出反馈到第一减法器中，通过闭环反馈的形式，持续跟踪输入信号，跟踪过程中得到第二积分输出信号，将第二积分输出信号和输入信号进行相应的处理后，得到二分之一反升余弦窗函数的输出信号。
可选的，步骤101具体包括步骤1011至步骤1013，各步骤具体如下:
步骤1011：将输入信号输入至第一减法器的被减数端，将第二积分输出信号输入至第一减法器的减数端，输入信号和第二积分输出信号进行减法运算，得到反馈输出信号，形成闭环反馈。
在本实施例中，将输入信号输入至第一减法器的被减数端，在第一减法器的输出端得到反馈输出信号，将第二积分输出信号输入至第一减法器的减数端，形成闭环反馈。
步骤1012：将反馈输出信号输入至第一积分器的输入端，在第一积分器的输出端得到第一积分输出信号；其中，第一积分器的表达为：
其中，fFI(s)为第一积分器的拉普拉斯传递函数，TW为窗口时间长度，单位为s。
在本实施例中，将反馈输出信号输入至第一积分器的输入端，在第一积分器的输出端得到第一积分输出信号。
步骤1013：将第一积分输出信号输入至第二积分器的输入端，在第二积分器的输出端得到第二积分输出信号；其中，第二积分器的表达为：
其中，fSI(s)为第二积分器的拉普拉斯传递函数；TW为窗口时间长度，单位为s。
在本实施例中，第一积分输出信号输入至第二积分器的输入端，在第二积分器的输出端得到第二积分输出信号。在二分之一反升余弦窗函数的窗口时间长度TW＝100s，当二分之一反升余弦窗函数的输入信号为单位阶跃时，所得到第二积分输出信号的过程PVFI(t)，如图3所示。
步骤102：将输入信号进行延时处理，得到第一延时器输出信号。
可选的，步骤102具体为：将输入信号输入至第一延时器的输入端，在第一延时器的输出端得到第一延时器输出信号；其中，第一延时器的表达为：
其中，fL:A(s)为第一延时器的拉普拉斯传递函数，TF:A为第一延时器的延时常数，单位为s。优选地，TL:A＝TW。
在本实施例中，将输入信号输入至第一延时器输入端，得到第一延时器输出信号。
步骤103：将第二积分输出信号进行延时比例控制处理，得到第一比例控制器输出信号。
可选的，步骤103具体包括步骤1031至步骤1033，各步骤具体如下:
步骤1031：将第二积分输出信号进行延时处理，得到第二延时器输出信号。
可选的，步骤1031具体为：将第二积分输出信号输入至第二延时器的输入端，在第二延时器的输出端得到第二延时器输出信号；其中，第二延时器的表达为：
其中，fL:B(s)为第二延时器的拉普拉斯传递函数，TL:B为第二延时器的延时常数，单位为s。优选地，TL:B＝TW。
在本实施例中，将第二积分输出信号输入至第二延时器输入，在第二延时器的输出端得到第二延时器输出信号，在二分之一反升余弦窗函数的窗口时间长度TW＝100s，TW＝TL:B＝100s，当二分之一反升余弦窗函数的输入信号为单位阶跃时，所得到第二延时器输出信号的过程PVL:B(t)，如图4所示。
步骤1032：将第二积分输出信号输入至加法器的第一输入端，将第二延时器输出信号输入至加法器的第二输入端，在加法器中将第二积分输出信号和第二延时器输出信号相加，得到加法器输出信号。
在本实施例中，将第二积分输出信号输入至加法器第一输入端，将第二延时器输出信号输入至加法器第二输入端，将第二积分输出信号和第二延时器输出信号相加，得到加法器输出信号。
步骤1033：将加法器输出信号输入第一比例控制器输入端，在第一比例控制器的输出端得到第一比例控制器输出信号。
在本实施例中，将加法器输出信号输入值第一比例控制器输入端，得到第一比例控制器输出信号。
步骤104：通过将第一延时器输出信号和第一比例控制输出信号进行数值运算处理，构造二分之一反升余弦窗函数。
可选的，步骤104具体包括步骤1041至步骤1042，各步骤具体如下:
步骤1041：将第一延时器输出信号输入至第二减法器的减数端，将第一比例控制输出信号输入至第二减法器的被减数端，在第二减法器中将第一比例控制输出信号减去第一延时器输出信号，得到第二减法器输出信号。
在本实施例中，将第一延时器输出信号输入至第二减法器减数端，将第一比例控制器输出信号输入至第二减法器被减数端，在第二减法器用第一比例控制器输出信号减去第一延时器输出信号，得到第二减法器输出信号。第二减法器输出信号，代表了二分之一反升余弦窗函数输出。
步骤1042：根据第二减法器输出信号，构造二分之一反升余弦窗函数。
可选的，步骤1042具体为：将第二减法器输出信号的输出作为二分之一反升余弦窗函数的输出，构造二分之一反升余弦窗函数，公式为：
TL:A＝TL:B＝TW
其中，fHRCWF(s)为二分之一反升余弦窗函数的拉普拉斯传递函数，即二分之一反升余弦窗函数的拉普拉斯传递函数；TW为窗口时间长度，单位为s；TL:A为第一延时器的延时常数，单位为s；TL:B为第二延时器的延时常数，单位为s；KP:A为第一比例控制器的比例增益，单位为无量纲。
在本实施例中，在二分之一反升余弦窗函数的窗口时间长度TW＝100s，TW＝TL:A＝TL:B＝100s，KP:A＝0.5，当二分之一反升余弦窗函数的输入信号为单位阶跃时，所得到二分之一反升余弦窗函数输出的过程PVHRCWF(t)，如图5所示。
实施本发明实施例，将输入信号进行反馈积分运算处理，得到第一积分输出信号，并将第一积分输出信号进行积分运算，得到第二积分输出信号；将输入信号进行延时处理，得到第一延时器输出信号；将第二积分输出信号进行延时比例控制处理，得到第一比例控制器输出信号；通过将第一延时器输出信号和第一比例控制输出信号进行数值运算处理，构造二分之一反升余弦窗函数，通过二分之一反升余弦窗函数实现构造最速滤波，在滤波过程中提升跟踪输入信号的性能，在本质上突破一阶惯性滤波器的指数型的跟踪滤波机制，与一阶惯性滤波相比，滤波性能优越。
实施例二
相应地，参见图6，图6是本发明提供的一种二分之一反升余弦窗函数的构造装置的实施例二的结构示意图。如图6所示，二分之一反升余弦窗函数的构造装置包括反馈积分模块601、延时处理模块602、比例控制模块603和构造模块604；
其中，反馈积分模块601用于将输入信号进行反馈积分运算处理，得到第一积分输出信号，并将第一积分输出信号进行积分运算，得到第二积分输出信号；
可选的，将输入信号进行反馈积分运算处理，得到第一积分输出信号，具体为：将输入信号输入至第一减法器的被减数端，将第二积分输出信号输入至第一减法器的减数端，输入信号和第二积分输出信号进行减法运算，得到反馈输出信号，形成闭环反馈；将反馈输出信号输入至第一积分器的输入端，在第一积分器的输出端得到第一积分输出信号；其中，第一积分器的表达为：
其中，fFI(s)为第一积分器的拉普拉斯传递函数，TW为窗口时间长度。
可选的，将第一积分输出信号进行积分运算，得到第二积分输出信号，具体为：将第一积分输出信号输入至第二积分器的输入端，在第二积分器的输出端得到第二积分输出信号；其中，第二积分器的表达为：
其中，fSI(s)为第二积分器的拉普拉斯传递函数；TW为窗口时间长度。
延时处理模块602用于将输入信号进行延时处理，得到第一延时器输出信号；
可选的，将输入信号进行延时处理，得到第一延时器输出信号，具体为：将输入信号输入至第一延时器的输入端，在第一延时器的输出端得到第一延时器输出信号；其中，第一延时器的表达为：
其中，fL:A(s)为第一延时器的拉普拉斯传递函数，TF:A为第一延时器的延时常数。
比例控制模块603用于将第二积分输出信号进行延时比例控制处理，得到第一比例控制器输出信号；
可选的，将第二积分输出信号进行延时比例控制处理，得到第一比例控制器输出信号，具体为：将第二积分输出信号进行延时处理，得到第二延时器输出信号；将第二积分输出信号输入至加法器的第一输入端，将第二延时器输出信号输入至加法器的第二输入端，在加法器中将第二积分输出信号和第二延时器输出信号相加，得到加法器输出信号；将加法器输出信号输入第一比例控制器输入端，在第一比例控制器的输出端得到第一比例控制器输出信号。
可选的，将第二积分输出信号进行延时处理，得到第二延时器输出信号，具体为：将第二积分输出信号输入至第二延时器的输入端，在第二延时器的输出端得到第二延时器输出信号；其中，第二延时器的表达为：
其中，fL:B(s)为第二延时器的拉普拉斯传递函数，TL:B为第二延时器的延时常数。
构造模块604用于通过将第一延时器输出信号和第一比例控制输出信号进行数值运算处理，构造二分之一反升余弦窗函数。
可选的，通过将第一延时器输出信号和第一比例控制输出信号进行数值运算处理，构造二分之一反升余弦窗函数，具体为：将第一延时器输出信号输入至第二减法器的减数端，将第一比例控制输出信号输入至第二减法器的被减数端，在第二减法器中将第一比例控制输出信号减去第一延时器输出信号，得到第二减法器输出信号；根据第二减法器输出信号，构造二分之一反升余弦窗函数。
可选的，根据第二减法器输出信号，构造二分之一反升余弦窗函数，具体为：将第二减法器输出信号的输出作为二分之一反升余弦窗函数的输出，构造二分之一反升余弦窗函数，公式为：
TL:A＝TL:B＝TW
其中，fHRCWF(s)为二分之一反升余弦窗函数的拉普拉斯传递函数，TW为窗口时间长度，TL:A为第一延时器的延时常数，TL:B为第二延时器的延时常数，KP:A为第一比例控制器的比例增益。
实施本发明实施例，将输入信号进行反馈积分运算处理，得到第一积分输出信号，并将第一积分输出信号进行积分运算，得到第二积分输出信号；将输入信号进行延时处理，得到第一延时器输出信号；将第二积分输出信号进行延时比例控制处理，得到第一比例控制器输出信号；通过将第一延时器输出信号和第一比例控制输出信号进行数值运算处理，构造二分之一反升余弦窗函数，通过二分之一反升余弦窗函数实现构造最速滤波，在滤波过程中提升跟踪输入信号的性能，在本质上突破一阶惯性滤波器的指数型的跟踪滤波机制，与一阶惯性滤波相比，滤波性能优越。
实施例三
相应地，参见图7，图7是本发明提供的一种滤波器的实施例三的连接示意图。如图7所示，滤波器包括二分之一反升余弦窗函数的构造装置、第三积分器和第二比例控制器；其中，二分之一反升余弦窗函数的构造装置执行二分之一反升余弦窗函数的构造方法；
将二分之一反升余弦窗函数的构造装置、第三积分器和第二比例控制器进行串联，得到滤波器，公式为：
其中，fFTF(s)为滤波器的拉普拉斯传递函数，fHRCWF(s)为二分之一反升余弦窗函数的拉普拉斯传递函数，TI为积分时间，TW为窗口时间长度，KP:B为第二比例控制器的比例增益。
在本实施例中，将二分之一反升余弦窗函数用于构造最速跟踪滤波器，将二分之一反升余弦窗函数与第三积分器、第二比例控制器串联，得到二分之一反升余弦型最速跟踪滤波器输出，二分之一反升余弦型最速跟踪滤波器表达式为：
其中，fFTF(s)为最速跟踪滤波器的拉普拉斯传递函数；fHRCWF(s)为二分之一反升余弦窗函数的拉普拉斯传递函数；根据TW得到TI，TI为积分时间，单位为s；TW为窗口时间长度，单位为s；KP:B为第二比例控制器的比例增益。
在本实施例中，在二分之一反升余弦窗函数的窗口时间长度TW＝200s，TW＝TL:A＝TL:B＝200s，KP:A＝0.5，KP:B＝1.25，当二分之一反升余弦窗函数的输入信号为单位阶跃时，所得到最速跟踪滤波器的输出过程PVFTF(t)，如图8所示。
在本实施例中，将最速跟踪滤波器与一阶惯性滤波器的滤波特性进行对比，以说明本发明的跟踪滤波性效果优势。其中，一阶惯性滤波器的表达式为：
其中，fFOIF(s)为性一阶惯滤波器的拉普拉斯传递函数；TFOIF为一阶惯性滤波器的滤波时间常数，单位为s。
设置TW＝TL:A＝TL:B＝200s，TFOIF＝200s，KP:A＝0.5，KP:B＝1.25，输入信号为单位阶跃，分别得到二分之一反升余弦型最速跟踪滤波器的过程输出PVFTF(t)和一阶惯性滤波器的过程输出PVFOIF(t)，最速跟踪滤波器与一阶惯滤波器滤波的跟踪对比结果，如图9所示。由图9可知，t>200s，二分之一反升余弦型最速跟踪滤波已经由输出跟踪至输入，而一阶惯性滤波输出跟踪至输入的64％，由此可见，二分之一反升余弦型最速跟踪滤波输出跟踪输入的效率明显高于一阶惯性滤波器输出跟踪输入的效率。
作为本实施例的一种举例，将本发明的最速跟踪滤波器用于某1000MW火电机组的一次风压过程信号的滤波，并且与现有技术惯用的一阶惯性滤波器的滤波特性进行对比。设置KP:A＝0.5，KP:B＝1.23，TW＝60s，TL:A＝TL:B＝TW＝60s，TFOIF＝60s，得到二分之一反升余弦型最速跟踪滤波器与一阶惯滤波器的滤波输出对比结果，如图10所示，二分之一反升余弦型最速跟踪滤波器滤波输出明显超前于一阶惯滤波器滤波输出，通过二分之一反升余弦窗函数设计的二分之一反升余弦型最速跟踪滤波器滤波性能优于一阶惯性滤波器滤波。
实施本发明实施例，采用二分之一反升余弦窗函数设计的最速跟踪滤波器能够在本质上突破一阶惯性滤波器的指数型的跟踪滤波机制，作为一种典型的指数型的跟踪滤波机制，解决FOIF主要存在输出跟踪输入性能不高的问题。二分之一反升余弦窗函数用于构造的最速跟踪滤波，与一阶惯性滤波相比，滤波性能优越。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种二分之一反升余弦窗函数的构造方法，其特征在于，包括：
将输入信号进行反馈积分运算处理，得到第一积分输出信号，并将第一积分输出信号进行积分运算，得到第二积分输出信号；
将所述输入信号进行延时处理，得到第一延时器输出信号；
将所述第二积分输出信号进行延时比例控制处理，得到第一比例控制器输出信号；
通过将所述第一延时器输出信号和所述第一比例控制输出信号进行数值运算处理，构造二分之一反升余弦窗函数。
2.如权利要求1所述的二分之一反升余弦窗函数的构造方法，其特征在于，所述将输入信号进行反馈积分运算处理，得到第一积分输出信号，具体为：
将所述输入信号输入至第一减法器的被减数端，将第二积分输出信号输入至所述第一减法器的减数端，所述输入信号和所述第二积分输出信号进行减法运算，得到反馈输出信号，形成闭环反馈；
将所述反馈输出信号输入至第一积分器的输入端，在所述第一积分器的输出端得到所述第一积分输出信号；其中，所述第一积分器的表达为：
其中，fFI(s)为所述第一积分器的拉普拉斯传递函数，TW为窗口时间长度。
3.如权利要求2所述的二分之一反升余弦窗函数的构造方法，其特征在于，所述将第一积分输出信号进行积分运算，得到第二积分输出信号，具体为：
将所述第一积分输出信号输入至第二积分器的输入端，在所述第二积分器的输出端得到所述第二积分输出信号；其中，所述第二积分器的表达为：
其中，fSI(s)为所述第二积分器的拉普拉斯传递函数；TW为所述窗口时间长度。
4.如权利要求1所述的二分之一反升余弦窗函数的构造方法，其特征在于，所述将所述输入信号进行延时处理，得到第一延时器输出信号，具体为：
将所述输入信号输入至第一延时器的输入端，在所述第一延时器的输出端得到所述第一延时器输出信号；其中，所述第一延时器的表达为：
其中，fL:A(s)为所述第一延时器的拉普拉斯传递函数，TF:A为所述第一延时器的延时常数。
5.如权利要求1所述的二分之一反升余弦窗函数的构造方法，其特征在于，所述将所述第二积分输出信号进行延时比例控制处理，得到第一比例控制器输出信号，具体为：
将所述第二积分输出信号进行延时处理，得到第二延时器输出信号；
将所述第二积分输出信号输入至加法器的第一输入端，将所述第二延时器输出信号输入至所述加法器的第二输入端，在所述加法器中将所述第二积分输出信号和所述第二延时器输出信号相加，得到加法器输出信号；
将所述加法器输出信号输入第一比例控制器输入端，在所述第一比例控制器的输出端得到所述第一比例控制器输出信号。
6.如权利要求5所述的二分之一反升余弦窗函数的构造方法，其特征在于，所述将所述第二积分输出信号进行延时处理，得到第二延时器输出信号，具体为：
将所述第二积分输出信号输入至第二延时器的输入端，在所述第二延时器的输出端得到所述第二延时器输出信号；其中，所述第二延时器的表达为：
其中，fL:B(s)为所述第二延时器的拉普拉斯传递函数，TL:B为所述第二延时器的延时常数。
7.如权利要求1-6中任一项所述的二分之一反升余弦窗函数的构造方法，其特征在于，所述通过将所述第一延时器输出信号和所述第一比例控制输出信号进行数值运算处理，构造二分之一反升余弦窗函数，具体为：
将所述第一延时器输出信号输入至第二减法器的减数端，将所述第一比例控制输出信号输入至所述第二减法器的被减数端，在所述第二减法器中将所述第一比例控制输出信号减去所述第一延时器输出信号，得到第二减法器输出信号；
根据所述第二减法器输出信号，构造所述二分之一反升余弦窗函数。
8.如权利要求7所述的二分之一反升余弦窗函数的构造方法，其特征在于，所述根据所述第二减法器输出信号，构造所述二分之一反升余弦窗函数，具体为：
将所述第二减法器输出信号的输出作为所述二分之一反升余弦窗函数的输出，构造所述二分之一反升余弦窗函数，公式为：
TL:A＝TL:B＝TW
其中，fHRCWF(s)为所述二分之一反升余弦窗函数的拉普拉斯传递函数，TW为所述窗口时间长度，TL:A为所述第一延时器的延时常数，TL:B为所述第二延时器的延时常数，KP:A为所述第一比例控制器的比例增益。
9.一种二分之一反升余弦窗函数的构造装置，其特征在于，包括：反馈积分模块、延时处理模块、比例控制模块和构造模块；
其中，所述反馈积分模块用于将输入信号进行反馈积分运算处理，得到第一积分输出信号，并将第一积分输出信号进行积分运算，得到第二积分输出信号；
所述延时处理模块用于将所述输入信号进行延时处理，得到第一延时器输出信号；
所述比例控制模块用于将所述第二积分输出信号进行延时比例控制处理，得到第一比例控制器输出信号；
所述构造模块用于通过将所述第一延时器输出信号和所述第一比例控制输出信号进行数值运算处理，构造二分之一反升余弦窗函数。
10.一种滤波器，其特征在于，包括二分之一反升余弦窗函数的构造装置、第三积分器和第二比例控制器；其中，所述二分之一反升余弦窗函数的构造装置执行如权利要求1至8任意一项所述的二分之一反升余弦窗函数的构造方法；
将所述二分之一反升余弦窗函数的构造装置、所述第三积分器和所述第二比例控制器进行串联，得到所述滤波器，公式为：
其中，fFTF(s)为所述滤波器的拉普拉斯传递函数，fHRCWF(s)为所述二分之一反升余弦窗函数的拉普拉斯传递函数，TI为积分时间，TW为所述窗口时间长度，KP:B为所述第二比例控制器的比例增益。
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