现代科学技术的发展给人类社会带来了翻天覆地的变化,同时也对能源提出了更高的需求。针对国际形势的变化,国家提出了新能源规划,鼓励社会各界探索新型能源的应用。应当指出的是,尽管新能源开发研究是解决当前能源危机的必要手段,节能减排也是应对能源危机的重要手段。随着信息技术的快速发展,数字信号处理技术得到了飞速发展。数字滤波器作为数字信号处理的基本核心内容之一,拥有精度高、灵活性大和易于大规模集成等诸多优点,其应用几乎无处不在。相应地,数字滤波器所产生的功耗也是相当巨大的。所以,如何设计高性能、低功耗的数字滤波器是当代人们研究的热点之一。数字滤波器的无限精度设计理论已经比较成熟并得到广泛的应用。从理论上讲,一个理想的数字滤波器可以有许多种完全等价的实现方案。然而,数字滤波器最终要用物理元器件、模块或子滤波器来实现,由于存在着有限字长(finite word length-FWL)效应,滤波器中的实际性能往往要偏离理想性能。实际上,滤波器的性能与滤波器的实现结构有着密切的关系,在数字滤波器的设计与实现过程中,必须考虑FWL对系统性能的影响。近些年发展起来的系统结构理论为解决该问题提供了一条有效的途径,得到国际上越来越广泛的关注。本文以如何提高数字系统性能的相关问题为背景,着重研究高鲁棒性简洁数字系统结构理论及设计方法。本文的主要工作和成果如下：1.稀疏正交滤波器结构：考虑到状态空间实现不是唯一的,对一个特定的输入均衡实现进行深入研究。基于矩阵分解理论,对其过渡矩阵进行分解从而得到一种正交的高性能稀疏滤波器结构。与最佳实现结构相比,对一个N阶数字滤波器,新结构只需4N-1个乘法器,较(N+1)2个乘法器相比节约了很大的资源。同时,无论是从参数的灵敏度还是从结构的舍入噪声增益来分析,都表明新结构对有限字长效益具有很好的鲁棒性。2.输入平衡状态空间实现结构：与直接型结构相比,级联型结构受有限字长的影响较小。在实际应用中往往都是把设计好的高阶数字滤波器转换为多个低阶(二阶)的子滤波器级联,然后优化每个子滤波器使它们达到最优。本文基于一种特殊的输入平衡实现,提出了一种高性能的二阶数字滤波器结构。该结构在运算效率上比CORDIC技术更加有效。同时,本文对归一化格型结构进行了舍入噪声增益分析并给出表达式,结合全通系统的特点,导出了一种具有很低复杂度的复合结构。当系统被分解为两个全通子系统再分别用归一化格型结构实现时,相应实现具有很强对抗有限字长效应的能力。以上涉及到的两种结构实际上都属于特殊的输入平衡实现结构。3.高效格型滤波器结构：传统的格型滤波器结构都是依靠系统传输函数而直接确定下来的,往往不能针对特定的性能要求(如灵敏度传递函数、舍入噪声增益等)优化。针对两类格型滤波器结构存在的缺陷,结合这两种传统格型滤波器的特点,我们构造出具有自由度的新型简洁格型滤波器结构,然后对所需的性能进行优化。该结构与直接型一样只有2N+1个乘法器,并且具有很低的参数灵敏度。该结构的提出对格型滤波器结构本身的发展具有重要意义。4.格型滤波器结构群：研究表明,五种基本格型单元结构虽然具有相似的表达式但它们具有各自的性能特征。利用这一特点,对结构的每个格型块采用不同的基本格型单元结构,引入另一类自由参数构造出格型滤波器结构群。对信号功率比进行更加深入的优化,从而得到混合单元结构的最优格型数字滤波器结构。随着自由参数的增多,穷举搜索已经不适应格型滤波器结构群的优化。针对这一问题,我们采用基于格雷码的遗传算法解决非线性最优化问题,有效地解决了滤波器设计问题中效率与性能的矛盾。