微功耗模拟开关电流连续小波变换综合理论与方法

The wavelet transform (WT) is the rapidly developing new fields in present applied mathematics and engineering disciplines. It is a very powerful mathematical tool for signal processing, particularly for local analysis of nonstationary and fast transient signals. It is not only an important development orientation of continous wavelet transform (CWT) implementation using ultra power analog integrated circuit for CWT hardware design, but also the academic front and difficulties of integrated circuit design. The low voltage, ultra power switched-current (SI) technology and intelligent optimization algorithms are used in the implementation of CWT. The implementation of CWT using SI and intelligent optimization algorithms are systematiocally researched.The universal approximation models of real and complex wavelet functions (RCWF) and the intelligent optimization methods are presented.Moreover,the 0ptimized structure design methods of the RCWF filters and the RCWF circuits design methods are proposed.The proposed methods will provide fundamental basis for implementing ultra power integrated analogue SI CWT.The developed new analog integrated CWT chip will become an important implementation way for high frequency, high speed and real time CWT.This project will improve the researches of CWT implementation using analogue integrated circuit.Meanwhile,it will promote the application of the SI technology and intelligent optimization algorithms in the implementation of CWT.In addition,the research results have important theoretical significance and practical value for the development of wavelet theory and its application,and analog integrated circuit design.

小波变换是当前应用数学和工程学科中迅速发展的新领域，是信号处理技术特别是非平稳和瞬态信号分析中最有力的工具。连续小波变换的微功耗模拟集成电路实现是小波变换硬件设计的重要发展方向，也是集成电路设计学术前沿和难点。本课题将低压微功耗开关电流技术和智能优化算法应用于连续小波变换实现研究领域，系统地研究开关电流电路技术和智能优化算法实现连续小波变换，提出实、复小波函数的时、频域通用逼近模型和智能优化求解理论与方法；提出实、复小波滤波器最优结构设计理论与方法；提出实、复小波滤波器电路设计理论与方法，为实现微功耗全集成模拟开关电流连续小波变换提供理论基础，研制新的模拟连续小波变换集成芯片，为高频、高速和实时连续小波变换提供新的重要实现途径。项目将促进连续小波变换的模拟集成电路实现研究，推动开关电流电路理论与技术应用于连续小波变换实现，对小波理论及其应用的发展和模拟集成电路设计有重要的理论意义和价值。

随着小波分析理论的蓬勃发展，小波变换作为良好的时频分析工具被广泛地应用于信号分析、图像处理、语音识别、数据压缩和故障诊断以及非线性学科等领域，成为众多学科共同关注的焦点。伴随小波变换在工程应用领域的不断拓展，为了满足低压、低功耗、实时性和集成化的应用需求，小波变换的模拟技术实现理论与方法研究成为国内外的热点问题。本项目针对小波变换的模拟开关电流技术实现理论与方法及其应用进行了深入系统地研究，主要内容包括小波变换的模拟滤波器综合理论研究，系统地研究了小波变换的模拟滤波器实现原理、设计方案和设计步骤；研究了小波函数的时域逼近理论与方法，提出了基于傅里叶级数的实小波函数逼近方法和基于差分进化算法的实、复小波函数时域通用逼近方法；研究了小波函数的频域逼近理论与方法，提出了基于函数链神经网络、小波频域函数拟合、奇异值分解算法的小波函数频域逼近方法；研究了基于单开关电流积分器的小波变换实现方法，提出了小波变换的简单网络结构实现方法；研究了小波变换的级联开关电流小波滤波器实现理论与方法，给出了具体的实现过程并分析了级联实现的特点；研究了小波变换的多环反馈开关电流小波滤波器实现理论与方法，并对多种反馈结构小波变换电路进行了分析，总结了多环反馈结构类型小波变换电路的特点；研究了小波变换电路在心电图检测、电力系统谐波检测、模拟电路故障诊断和信号包络提取中的应用，给出了小波变换在这些实际应用中的工作原理、电路设计及应用结果。系统深入地研究小波变换的开关电流电路实现理论与方法及其应用，对模拟小波变换器件的研制与应用具有重要的理论意义和实际价值，同时，对小波分析理论的发展与工程应用具有很好的推动作用。