尹婼楠 李丹丹 张宝安 杨婧 方心乐 刘婷

摘  要：无限长单位抽样响应（Infinite Impulse Response， IIR）滤波器具有尺寸小、计算精度高、稳定等优势，且能以较低的阶数获得良好的频率选择特性。IIR滤波器的设计可归结为最优化问题，可采用智能优化算法进行求解。本文利用最小均方误差为适应度函数，采用水循环算法（Water Cycle Algorithm，WCA）寻找适应度函数的最优解，提升IIR滤波器性能。仿真结果表明，设计滤波器的幅频响应曲线具有比较理想的通带和阻带性能，因此该方案是可行、有效的。

关键词：水循环算法;IIR滤波器;最优化IIR滤波器设计;最小均方误差

中图分类号：TP301.6     文献标识码：A

文章编号：2096-1472（2021）-01-26-03

Abstract： Infinite Impulse Response （IIR） filter， small， accurate and stable， can obtain good frequency selection characteristics with a lower order. Design of IIR filter can be attributed to an optimization problem， which can be solved by an intelligent optimization algorithm. This paper aims to find out an optimal solution to fitness function in order to improve performance of the IIR filter. Minimum mean square error is used as fitness function and Water Cycle Algorithm （WCA） is adopted. The simulation results show that the amplitude-frequency response curve of the designed filter has ideal passband and stopband performance， so the scheme is feasible and effective.

Keywords： water cycle algorithm; IIR filter; optimal IIR filter design; minimum mean square error

1   引言（Introduction）

隨着全球信息化的推进，数字信号处理的理论与应用得到了飞跃式发展。IIR滤波器具有精确度高、使用简单方便等优点，在通信、雷达、生物医学等领域得到广泛的应用。近年来，引起了广大学者的研究，例如，用于语音信号降噪的IIR滤波器[1]，基于MICA的声级计频率计权数字IIR滤波器设计[2]，基于IIR数字滤波器的人体脉搏信号分析[3]等。智能优化算法是一种模拟自然过程的算法，它们在解决一些复杂的工程问题时大有用武之地。水循环算法[4]是一种新兴的智能优化算法，在全局优化、收敛速度等方面都优于其他算法，目前已成功应用于水电站优化调度[5]、无线传感器网络优化[6]、物流选址[7]和存储单元优化设计[8]等优化领域。本文将水循环算法应用于IIR滤波器设计中，提出了一种基于水循环算法的IIR滤波器设计，并进行了计算机仿真。……