Метод оптимізації характеристик КІХ-фільтра з використанням алгоритму імітації поведінки китів

Abstract

У статті розглядається аналіз алгоритму імітації поведінки китів з метою його застосування для оптимізації коефіцієнтів цифрових фільтрів з лінійною фазою. Цифрові фільтри відіграють важливу роль в обробці сигналів, які використовуються в багатьох задачах: системах керування та вимірювання, системах обробки аудіо та відео, в задачах зниження шуму тощо. КІХ-фільтри переважають у розв’язанні деяких задач, тому що мають такі плюси: групова затримка фільтра постійна; КІХ-фільтри завжди стійкі. Нині широкого розповсюдження набули алгоритми, засновані на ройовому інтелекті. Ці алгоритми в теорії штучного інтелекту розглядаються як методи оптимізації. Проведено аналіз існуючих методів розв’язання задачі. Відносно недавно з’явився алгоритм імітації поведінки китів. Цей алгоритм має переваги порівняно з іншими алгоритмами: не потребує інформації про градієнт; може оминати локальні оптимуми; може бути використаний в широкому спектрі задач. На основі такого алгоритму розроблено метод оптимізації характеристик КІХ-фільтрів. Як фітнес-функція використовується середньоквадратичне відхилення між амплітудно-частотною характеристикою прототипу та амплітудно-частотною характеристикою КІХ-фільтра, що проєктується. Моделювання проводилося на прикладі КІХ-фільтра першого типу 24 порядку з використанням мови програмування Python. Результати моделювання показали ефективність застосування цього алгоритму для синтезу КІХ-фільтрів. Такий метод може з успіхом використовуватися під час проєктування КІХ-фільтрів з лінійною фазою при створенні різних технічних засобів. Однак варто врахувати, що ефективність алгоритму імітації поведінки китів нижча, ніж генетичного алгоритму, майже на порядок за часом. Також до недоліків варто зарахувати необхідність встановлювати межі простору пошуку.