本发明涉及降采样滤波器，尤其涉及一种大尺度降采样装置。
背景技术：
1、空间引力波探测采用三星编队方案，基于迈克尔逊激光外差干涉原理，通过对相距数百万公里和几十万公里星间惯性基准的距离微变化进行测量，从而反演引力波事件，测量精度为皮米量级。对星间惯性基准的距离微变化进行测量的电子学有效载荷称为“相位计”，其核心功能是高精度相位测量，指标要求在0.1mhz~1hz频段内，其测量精度需要达到/（对应/）。由于星间多普勒效应，星间干涉信号频率的动态范围为2mhz-20mhz，为了对干涉信号的相位信息进行高精度测量，星上相位测量系统的处理频率一般不低于80mhz，又由于星间时钟噪声传递、星间测距等功能需要，此外考虑三颗卫星的相位测量科学数据需要汇聚到一颗卫星整合后再发送到地面，因此星间需要具备通信功能。
2、考虑长时间科学观测的数据量巨大，地面对相位测量信息的处理需求是赫兹（hz）量级，因此需要对几十兆赫兹（mhz）处理频率的相位测量信息进行大尺度的降采样处理，达到十几赫兹甚至几赫兹的频率。
3、综上，在航天领域，由于深空探测的天地通信链路资源限制、或由于长时间科学观测时生成的大容量科学数据无法完全下传到地面，在不影响对科学数据正确评价的情况下，需要对科学数据进行大尺度的降采样处理。为了防止降采样过程中潜在的高频噪声混叠至测量频段，需要一种降采样处理方法，既能完成大尺度的降采样处理，又能抑制混叠噪声，使其对相位测量信息影响最小。
4、目前lisa（laser interferometer space antenna)团队在对lisa-metrologysystem finalreport一文中提出了对相位测量信息分三个步骤进行抽取，首先用级联积分梳状（cascaded integrated comb，cic）滤波器将80mhz采样速率的数据降采样至约610hz，再用一般的fir滤波器连续三次抽取至102hz、10hz、3.4hz，根据不同功能用途输出给其他系统。但是该技术还存在不足：由于一阶积分梳状滤波器第一旁瓣的阻带衰减只有13.46db，而这对高频噪声的抑制是远远不够的，因此只能增加其阶数，阶数越高，对量化噪声的抑制作用越大，但同时也会增加通带内衰减，对有用频带内的相位测量数据产生影响，并且也不能控制阻带截止频率。
技术实现思路
1、本发明为解决上述问题，提供一种大尺度降采样装置。
2、本发明目的在于提供一种大尺度降采样装置，包括三级级联的数字滤波器组；
3、将初始数据作为第一级递归型级联积分梳状滤波器组的输入端，经过所述第一级递归型级联积分梳状滤波器组完成不低于215倍的降采样，并将降采样后的数据输出至第二级补偿滤波器；
4、所述第二级补偿滤波器用于补偿所述第一级递归型级联积分梳状滤波器组产生的通带衰减、增加阻带衰减以及进行2倍降采样，降采样后数据输出至第三级半带滤波器；
5、所述第三级半带滤波器用于控制所述大尺度降采样装置的阻带截止频率以及进行2倍降采样，降采样后数据从所述第三级半带滤波器的输出端输出。
6、优选的，第一级递归型级联积分梳状滤波器组包括五个依次相连的三阶级联积分梳状滤波器；所述三阶级联积分梳状滤波器包括三个依次相连的积分器、一个8倍抽取器和三个依次相连的差分器；所述初始数据从第一个积分器的输入端输入、从第三个积分器的输出端输出至所述8倍抽取器，再由所述8倍抽取器输入至第一个差分器，最后从第三个差分器的输出端输出至所述第二级补偿滤波器。
7、优选的，所述积分器和所述差分器均由延迟单元和加法器组成；
8、在所述积分器中，加法器输出端设有两个端口，一个端口连接延迟单元输入端，另一个端口作为所述积分器的输出端；延迟单元输出端与所述积分器的输入端共同连接加法器输入端；
9、在所述差分器中，所述差分器输入端分别连接延时单元输入端和加法器输入端，延时单元输出端连接加法器输入端，所述差分器的输入端和延时单元的输出端分别作为加法器的正输入和负输入，以加法器输出端作为所述差分器的输出端。
10、优选的，第二级补偿滤波器包括延时器、两个抽取器和两个滤波模块；第一支路连接抽取器和第一滤波模块，第二支路依次连接延时器、抽取器和第二滤波模块，所述第一滤波模块和所述第二滤波模块的输出相加后作为第二级补偿滤波器的输出；所述第一滤波模块和所述第二滤波模块的结构不同。
11、优选的，第一滤波模块包括n+1个加法器、n个系数乘法器和2n-1个延迟单元，n≥2且为2的整数倍；所述抽取器的输出端和第2n-1个延迟单元的输出端分别连接第1个加法器的输入端，第1个加法器的输出端连接第1个系数乘法器的输入端；第1个延迟单元的输出端和第2n-2个延迟单元的输出端分别连接第2个加法器的输入端，第2个加法器的输出端连接第2个系数乘法器的输入端；依次连接好n个加法器、n个系数乘法器和2n-1个延迟单元，再将n个系数乘法器的输出端分别连接第n+1个加法器的输入端；
12、所述第二滤波模块包括n+1个加法器、n个系数乘法器和2n个延迟单元，n≥2且为2的整数倍；所述抽取器的输出端和第2n个延迟单元的输出端分别连接第1个加法器的输入端，第1个加法器的输出端连接第1个系数乘法器的输入端；第1个延迟单元的输出端和第2n-2个延迟单元的输出端分别连接第2个加法器的输入端，第2个加法器的输出端连接第2个系数乘法器的输入端；依次连接好n个加法器、n个系数乘法器和2n个延迟单元，再将n个系数乘法器的输出端分别连接第n+1个加法器的输入端；
13、将所述第一滤波模块和所述第二滤波模块中的第n+1个加法器的输出相加后作为所述第二级补偿滤波器的输出。
14、优选的，第三级半带滤波器输入端分为两个支路，第一支路连接2倍抽取器和第三滤波模块，第二支路包括依次连接的延迟单元、2倍抽取器、延迟单元和0.5系数乘法器；所述滤波模块的输出端和所述0.5系数乘法器的输出端分别连接二输入加法器的输入端，所述二输入加法器的输出端作为所述第三级半带滤波器的输出端。
15、优选的，第三滤波模块包括m+1个加法器、m个系数乘法器和2m-1个延迟单元，m≥3且m为奇数；所述抽取器的输出端和第2m-1个延迟单元的输出端分别连接第1个加法器的输入端，第1个加法器的输出端连接第1个系数乘法器的输入端；第一个延迟单元的输出端和第2m-2个延迟单元的输出端分别连接第2个加法器的输入端，第2个加法器的输出端连接第2个系数乘法器的输入端；依次连接好m个加法器、m个系数乘法器和2m-1个延迟单元，再将m个系数乘法器的输出端分别连接第m+1个加法器的输入端；将滤波模块中第m+1个加法器的输出作为所述第三级半带滤波器中的滤波模块的输出。
16、优选的，第二级补偿滤波器中n=4，所述第三级半带滤波器中m=3。
17、优选的，初始数据为相位测量的高频初始信息；降采样倍数为217倍。
18、优选的，第一级递归型级联积分梳状滤波器组的传递函数为：
19、；
20、式中，h(z)表示传递函数，d表示抽取倍数、m表示延迟因子。与现有技术相比，本发明能够取得如下有益效果：
21、本发明针对现有技术的缺点提出一种大尺度降采样装置，能够完成对高频初始信息的大尺度降采样处理，降采样倍数达到217倍；具有更低的阻带衰减，具有更好的抗混叠效果；实现抗混叠的同时，具有更小的通带衰减，对通带内目标信息的衰减影响更小；更好的控制降采样滤波器整体的过渡带宽。综上，采用三级滤波器级联的结构，通过各级降采样滤波器间的相互补足，可以将几十兆赫兹（mhz）量级的高频初始信息降采样至十几赫兹甚至几赫兹后输出，同时抑制潜在的混叠到有用频段的高频噪声，对通带内的目标信息衰减最小。
1.一种大尺度降采样装置，其特征在于：包括三级级联的数字滤波器组；
2.根据权利要求1所述的一种大尺度降采样装置，其特征在于：所述第一级递归型级联积分梳状滤波器组包括五个依次相连的三阶级联积分梳状滤波器；所述三阶级联积分梳状滤波器包括三个依次相连的积分器、一个8倍抽取器和三个依次相连的差分器；所述初始数据从第一个积分器的输入端输入、从第三个积分器的输出端输出至所述8倍抽取器，再由所述8倍抽取器输入至第一个差分器，最后从第三个差分器的输出端输出至所述第二级补偿滤波器。
3.根据权利要求2所述的一种大尺度降采样装置，其特征在于：所述积分器和所述差分器均由延迟单元和加法器组成；
4.根据权利要求3所述的一种大尺度降采样装置，其特征在于：所述第二级补偿滤波器包括延时器、两个抽取器和两个滤波模块；第一支路连接抽取器和第一滤波模块，第二支路依次连接延时器、抽取器和第二滤波模块，所述第一滤波模块和所述第二滤波模块的输出相加后作为第二级补偿滤波器的输出；所述第一滤波模块和所述第二滤波模块的结构不同。
5.根据权利要求4所述的一种大尺度降采样装置，其特征在于：所述第一滤波模块包括n+1个加法器、n个系数乘法器和2n-1个延迟单元，n≥2且为2的整数倍；所述抽取器的输出端和第2n-1个延迟单元的输出端分别连接第1个加法器的输入端，第1个加法器的输出端连接第1个系数乘法器的输入端；第1个延迟单元的输出端和第2n-2个延迟单元的输出端分别连接第2个加法器的输入端，第2个加法器的输出端连接第2个系数乘法器的输入端；依次连接好n个加法器、n个系数乘法器和2n-1个延迟单元，再将n个系数乘法器的输出端分别连接第n+1个加法器的输入端；
6.根据权利要求5所述的一种大尺度降采样装置，其特征在于：所述第三级半带滤波器输入端分为两个支路，第一支路连接2倍抽取器和第三滤波模块，第二支路包括依次连接的延迟单元、2倍抽取器、延迟单元和0.5系数乘法器；所述滤波模块的输出端和所述0.5系数乘法器的输出端分别连接二输入加法器的输入端，所述二输入加法器的输出端作为所述第三级半带滤波器的输出端。
7.根据权利要求6所述的一种大尺度降采样装置，其特征在于：所述第三滤波模块包括m+1个加法器、m个系数乘法器和2m-1个延迟单元，m≥3且m为奇数；所述抽取器的输出端和第2m-1个延迟单元的输出端分别连接第1个加法器的输入端，第1个加法器的输出端连接第1个系数乘法器的输入端；第一个延迟单元的输出端和第2m-2个延迟单元的输出端分别连接第2个加法器的输入端，第2个加法器的输出端连接第2个系数乘法器的输入端；依次连接好m个加法器、m个系数乘法器和2m-1个延迟单元，再将m个系数乘法器的输出端分别连接第m+1个加法器的输入端；将滤波模块中第m+1个加法器的输出作为所述第三级半带滤波器中的滤波模块的输出。
8.根据权利要求7所述的一种大尺度降采样装置，其特征在于：所述第二级补偿滤波器中n=4，所述第三级半带滤波器中m=3。
9.根据权利要求8所述的一种大尺度降采样装置，其特征在于：所述初始数据为相位测量的高频初始信息；降采样倍数为217倍。
10.根据权利要求9所述的一种大尺度降采样装置，其特征在于：所述第一级递归型级联积分梳状滤波器组的传递函数为：
