你好!欢迎来到深圳市品慧电子有限公司!
全国统一服务电话:(+86)-755-2950 0800
品慧电子 > 与自适应滤波器相关的内容
联系品慧电子
  • 电话:+86-0755-2950 0800
  • 传真:+86-0755-2973 8675
  • 微信:联系客服
  • QQ:800009589
自适应滤波器的原理与设计

一、什么是自适应滤波器?

根据环境的改变,使用自适应算法来改变滤波器的参数和结构。这样的滤波器就称之为自适应滤波器。

自适应滤波器具有在未知环境下良好的运作并跟踪输入统计量随时间变化的能力。尽管对于不同的应用有不同的实现结构,但是他们都有一个基本的特征:输入向量X(n)和期望响应d(n)被用来计算估计误差e(n),即e(n)=d(n)-X(n),并利用此误差信号构造一个自适应算法的性能函数(比如均方误差MSE),并随数据的不断输入自适应地更新此性能函数,目标是最小化此性能函数,在此过程中不断地更新调整滤波器的滤波参数,使得这个参数在前面的最小化性能函数所使用的准则下最优,从而达到滤波效果,实现自适应过程。自适应滤波器主要应用有:预测、辨识、反建模、干扰抵消。

实现自适应滤波器的算法有很多,比较经典的有:LMS,RLS。其中LMS算法是属于梯度类算法,在1996年被Hassibi等证明了在准则下为最优,失调系数和收敛性可以通过合理的选取收敛因子u,但是如果输入相关矩阵的特征值比较分散时,算法的收敛性变差,故而后来又出现一些改进算法,比如NLMS。RLS是递推算法,准则是最小二乘准则,属于精确分析,相对于LMS滤波,RLS对于非平稳信号的适应性要强很多。

自适应滤波器可以由不同的结构来实现。目前主要有两种结构:FIR、IIR。前者也可以称为横向结构,易于实现,但是存在收敛性差的问题,后者主要是存在系统可能不稳定的问题。

自适应滤波器的原理、算法与实现

一、什么是自适应滤波器?

可以根据环境的改变,使用自适应算法来改变滤波器的参数和结构,这样的滤波器就称之为自适应滤波器。

二、自适应滤波器的原理

以输入和输出信号的统计特性的估计为依据,采取特定算法自动地调整滤波器系数,使其达到最佳滤波特性的一种算法或装置。自适应滤波器可以是连续域的或是离散域的。离散域自适应滤波器由一组抽头延迟线、可变加权系数和自动调整系数的机构组成。附图表示一个离散域自适应滤波器用于模拟未知离散系统的信号流图。自适应滤波器对输入信号序列x(n)的每一个样值,按特定的算法,更新、调整加权系数,使输出信号序列y(n)与期望输出信号序列d(n)相比较的均方误差为最小,即输出信号序列y(n)逼近期望信号序列d(n)。

20世纪40年代初期,N.维纳首先应用最小均方准则设计最佳线性滤波器,用来消除噪声、预测或平滑平稳随机信号。60年代初期,R.E.卡尔曼等发展并导出处理非平稳随机信号的最佳时变线性滤波设计理论。维纳、卡尔曼-波色滤波器都是以预知信号和噪声的统计特征为基础,具有固定的滤波器系数。因此,仅当实际输入信号的统计特征与设计滤波器所依据的先验信息一致时,这类滤波器才是最佳的。否则,这类滤波器不能提供最佳性能。70年代中期,B.维德罗等人提出自适应滤波器及其算法,发展了最佳滤波设计理论。
以最小均方误差为准则设计的自适应滤波器的系数可以由维纳-霍甫夫方程解得式中W(n)为离散域自适应滤波器的系数列矩阵(n)为输入信号序列x(n)的自相关矩阵的逆矩阵,Φdx(n)为期望输出信号序列与输入信号序列x(n)的互相关列矩阵。

B.维德罗提出的一种方法,能实时求解自适应滤波器系数,其结果接近维纳-霍甫夫方程近似解。这种算法称为最小均方算法或简称 LMS法。这一算法利用最陡下降法,由均方误差的梯度估计从现时刻滤波器系数向量迭代计算下一个时刻的系数向量式中憕【ε2(n)】为均方误差梯度估计,ks为一负数,它的取值决定算法的收敛性。要求,其中λ为输入信号序列x(n)的自相关矩阵最大特征值。

自适应 LMS算法的均方误差超过维纳最佳滤波的最小均方误差,超过量称超均方误差。通常用超均方误差与最小均方误差的比值(即失调)评价自适应滤波性能。

抽头延迟线的非递归型自适应滤波器算法的收敛速度,取决于输入信号自相关矩阵特征值的离散程度。当特征值离散较大时,自适应过程收敛速度较慢。格型结构的自适应算法得到广泛的注意和实际应用。与非递归型结构自适应算法相比,它具有收敛速度较快等优点。人们还研究将自适应算法推广到递归型结构;但由于递归型结构自适应算法的非线性,自适应过程收敛性质的严格分析尚待探讨,实际应用尚受到一定限制。