基于LMS算法的自适应组合滤波器中英文翻译

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Combined Adaptive Filter with LMS-Based Algorithms

Abstract: A combined adaptive ?lter is proposed. It consists of parallel LMS-based adaptive FIR ?lters and an algorithm for choosing the better among them. As a criterion for comparison of the considere d algorithms in the proposed ?lter, we take the ratio between bias and variance of the weighting coef?cients. Simulations results con?rm the advantages of the proposed adaptive ?lter.

Keywords: Adaptive ?lter, LMS algorithm, Combined algorithm,Bias and var iance trade-off

1.Introduction

Adaptive ?lters have been applied in signal processing and control, as well as in many practical problems, [1, 2]. Performance of an adaptive ?lter depends mainly on the algorithm used for updating the ?lter weighting coef?ci ents. The most commonly used adaptive systems are those based on the Least Mean Square (LMS) adaptive algorithm and its modi?cations (LMS-based algorithms).

The LMS is simple for implementation and robust in a number of applications [1–3]. However, since it does not always converge in an acceptable manner, there have been many attempts to improve its performance by the appropriate modi?cations: sign algorithm (SA) [8], geometric mean LMS (GLMS) [5], variable step-size LMS(VS LMS) [6, 7].

Each of the LMS-bas ed algorithms has at least one parameter that should be de?ned prior to the adaptation procedure (step for LMS and SA; step and smoothing coef?cients for GLMS; various parameters affecting the step for VS LMS). These parameters crucially in?uence the ?lter output during two adaptation phases:transient and steady state. Choice of these parameters is mostly based on some kind of trade-off between the quality of algorithm performance in the mentioned adaptation phases. We propose a possible approach for the LMS-based adaptive ?lter performance improvement. Namely, we make a combination of several LMS-based FIR ?lters with different parameters, and provide the criterion for choosing the most suitable algorithm for different adaptation phases. This method may be applied to all the

LMS-based algorithms, although we here consider only several of them.

The paper is organized as follows. An overview of the considered LMS-based algorithms is given in Section 2.Section 3 proposes the criterion for evaluation and combination of adaptive algorithms. Simulation results are presented in Section 4.

2. LMS based algorithms Let us de?ne the input signal vector T k N k x k x k x X )]1()1()([+--= and vector of weighting coef?cients as T N k k W k W k W W )]()()([110-= .The weighting coef?cients vector should be calculated according to:

}{21k k k k X e E W W μ+=+ (1) where μ is the algorithm step, E{·} is the estimate of the expected value and k T k k k X W d e -=is the error at the in-stant k,and dk is a reference signal.

Depending on the estimation of expected value in (1), one de?nes various forms of adaptive algorithms: the LMS {}()k k k k X e X e E =,the GLMS {}()()

∑=--≤<-=k i i k i k i k k a X e a a X e E 010,1, and the SA {}()()k k k k e sign X X e E =,[1,2,5,8] .The VS LMS has the same form as the LMS, but in the adaptation the step μ(k) is changed [6, 7].

The considered adaptive ?ltering problem consists in trying to adjust a set of weighting coef?cients so that the system output,k T k k X W y =, tracks a reference signal, assumed as k k T

k k n X W d +=*,where k n is a zero mean Gaussian noise with the

variance 2n σ,and *k W is the optimal weight vector (Wiener vector). Two cases will be considered:W W k =* is a constant (stationary case) and *k W is time-varying (nonstationary case). In nonstationary case the unknown system parameters( i.e. the optimal vector *k W )are time variant. It is often assumed that variation of *k W may be modeled as K k k Z W W +=+**1 is the zero-mean random perturbation, independent on

k X and k n with the autocorrelation matrix []

I Z Z E G Z T k k 2σ==.Note that analysis

for the stationary case directly follows for 02=Z σ.The weighting coef?cient vector converges to the Wiener one, if the condition from [1, 2] is satis?ed.

De?ne the weighting coef?cientsmisalignment, [1–3],*k k k W W V -=. It is due to both the effects of gradient noise (weighting coef?cients varia tions around the average value) and the weighting vector lag (difference between the average and the optimal value), [3]. It can be expressed as:

()()()()*k k k k k W W E W E W V -+-=, (2)

According to (2), the ith element of k V is:

(3) where ()()k W bias i is the weighting coef?cient bias and ()k i ρ is a zero-mean random variable with the variance 2σ.The variance depends on the type of

LMS-based algorithm, as well as on the external noise variance 2n σ.Thus, if the noise

variance is constant or slowly-varying,2σ is time invariant for a particular LMS-based algorithm. In that sense, in the analysis that follows we will assume that 2σ depends only on the algorithm type, i.e. on its parameters.

An important performance measure for an adaptive ?lter is its mean square deviation (MSD) of weighting coef?cients. For the adaptive ?lters, it is given by, [3]:[]

k T k k V V E MSD ∞→=lim .

3. Combined adaptive ?lter

The basic idea of the combined adaptive ?lter lies in parallel implementation of two or more adaptive LMS-based algorithms, with the choice of the best among them in each iteration [9]. Choice of the most appropriate algorithm, in each iteration, reduces to the choice of the best value for the weighting coef?cients. The best weighting coef?cient is the one that is, at a given instant, the closest to the corresponding value of the Wiener vector.

Let ()q k W i , be the i ?th weighting coef?cient for LMS -based algorithm with the chosen parameter q at an instant k. Note that one may now treat all the algorithms in a uni?ed way (LMS: q ≡ μ,GLMS: q ≡ a,SA:q ≡ μ). LMS -based algorithm behavior is crucially dependent on q. In each iteration there is an optimal value qopt , producing the best performance of the adaptive al-

gorithm. Analyze no w a combined adaptive ?lter, with several LMS -based algorithms of the same type, but with different parameter q.

The weighting coef?cients are random variables distributed around the ()k W i *,with

()()q k W bias i ,and the variance 2q σ, related by [4, 9]: ()()()()q i i i q k W bias k W q k W κσ≤--,,*, (4)

()()()()()()()()()()()()

k k W bias k W E k W k W k W E k V i i i i i i i ρ+=-+-=*

where (4) holds with the probability P(κ), dependent on κ. For example, for κ = 2 and a Gaussian distribution,P(κ) = 0.95 (two sigma rule).

De?ne the con?dence intervals for ()]9,4[,,q k W i :

()()()[]q i q i i q k W k q k W k D κσσ2,,2,+-= (5) Then, from (4) and (5) we conclude that, as long as ()()q i q k W bias κσ<,,()()k D k W i i ∈*, independently on q. This means that, for small b ias, the con?dence intervals, for different s q ' of the same LMS-based algorithm, of the same LMS-based algorithm, intersect. When, on the other hand, the bias becomes large, then the central positions of the intervals for different s q ' are far apart, and they do not intersect.

Since we do not have apriori information about the ()()q k W bias i ,,we will use a speci?c statistical approach to get the criterion for the choice of adaptive algorithm, i.e. for the values of q. The criterion follows from the trade-off condition that bias and variance are of the same order of magnitude, i.e.()()[]4,,q i q k W bias κσ?.

The proposed combined algorithm (CA) can now be summarized in the following steps:

Step 1. Calculate ()q k W i ,for the algorithms with different s q 'from the prede?ned set {} ,,2q q Q i =.

Step 2. Estimate the variance 2q σ for each considered algorithm.

Step 3. Check if ()k D i intersect for the considered algorithms. Start from an algorithm with largest value of variance, and go toward the ones with smaller values of variances. According to (4), (5) and the trade-off criterion, this check reduces to the check if

()()()ql qm l i m i q k W q k W σσκ+<-2,, (6)

is satis?ed, where Q q q l m ∈,,and the following relation holds:

Q q q h ql qh qm h ??>>?,:222σσσ.

If no ()k D i intersect (large bias) choose the algorithm with largest value of variance. If the ()k D i intersect, the bias is already small. So, check a new pair of weighting coef?cients or, if that is the last pair, just choose the algorithm with the smallest variance. First two intervals that do not intersect mean that the proposed trade-off criterion is achieved, and choose the algorithm with large variance.

Step 4. Go to the next instant of time.

The smallest number of elements of the set Q is L =2. In that case, one of the s q 'should provide good tracking of rapid variations (the largest variance), while the other should provide small variance in the steady state. Observe that by adding few more s q ' between these two extremes, one may slightly improve the transient behavior of the algorithm.

Note that the only unknown values in (6) are the variances. In our simulations we

estimate 2q σ as in [4]:

()()()2675.0/1--=k W k W median

i i q σ, (7) for k = 1, 2,... , L and 22q

Z σσ<<. The alternative way is to estimate 2n σ as:

∑=≈T i i n e T 1221σ,for x(i) = 0. (8) Expressions relating 2n σ and 2q σ in steady state, for different types of LMS-based

algorithms, are known from literature. For the standard LMS algorithm in steady state,

2n σ and 2q σ are related 22n

q q σσ=,[3]. Note that any other estimation of 2q σis valid for the proposed filter.

Complexity of the CA depends on the constituent algorithms (Step 1), and on the decision algorithm (Step 3).Calculation of weighting coefficients for parallel algorithms does not increase the calculation time, since it is performed by a parallel hardware realization, thus increasing the hardware requirements. The variance estimations (Step 2), negligibly contribute to the increase of algorithm complexity, because they are performed at the very beginning of adaptation and they are using separate hardware realizations. Simple analysis shows that the CA increases the number of operations for, at most, N(L ?1) additions and N(L ?1) IF decisions, and needs some additional hardware with respect to the constituent algorithms.

4.Illustration of combined adaptive filter

Consider a system identification by the combination of two LMS algorithms with different steps. Here, the parameter q is μ,i.e. {}{}10/,,21μμ==q q Q .

The unknown system has four time-invariant coefficients,and the FIR filters are with N = 4. We give the average mean square deviation (AMSD ) for both individual algorithms, as well as for their combination,Fig. 1(a). Results are obtained by

averaging over 100 independent runs (the Monte Carlo method), with μ = 0.1. The

reference dk is corrupted by a zero-mean uncorrelated Gaussian noise with 2n σ= 0.01

and SNR = 15 dB, and κ is 1.75. In the first 30 iterations the variance was estimated according to (7), and the CA picked the weighting coefficients calculated by the LMS with μ.

As presented in Fig. 1(a), the CA first uses the LMS with μ and then, in the steady state, the LMS with μ/10. Note the region, between the 200th and 400th iteration,where the algorithm can take the LMS with either stepsize,in different realizations. Here, performance of the CA would be improved by increasing the number of parallel LMS algorithms with steps between these two extrems.Observe also that, in steady state, the CA does not ideally pick up the LMS with smaller step. The reason is in the statistical nature of the approach.

Combined adaptive filter achieves even better performance if the individual algorithms, instead of starting an iteration with the coefficient values taken from their previous iteration, take the ones chosen by the CA. Namely, if the CA chooses, in the k -th iteration, the weighting coefficient vector P W ,then

each individual algorithm calculates its weighting coefficients in the (k +1)-th iteration according to:

{}k k p k X e E W W μ21+=+

(9)

Fig. 1. Average MSD for considered algorithms.

Fig. 2. Average MSD for considered algorithms.

Fig. 1(b) shows this improvement, applied on the previous example. In order to clearly compare the obtained results,for each simulation we calculated the AMSD . For the first LMS (μ) it was AMSD = 0.02865, for the second LMS (μ/10) it was AMSD = 0.20723, for the CA (CoLMS) it was AMSD = 0.02720 and for the CA with modification (9) it was AMSD = 0.02371.

5. Simulation results

The proposed combined adaptive filter with various types of LMS-based algorithms is implemented for stationary and nonstationary cases in a system identification

setup.Performance of the combined filter is compared with the individual ones, that compose the particular combination.

In all simulations presented here, the reference dk is corrupted by a zero-mean

uncorrelated Gaussian noise with 1.02=n σand SNR = 15 dB. Results are obtained by

averaging over 100 independent runs, with N = 4, as in the previous section.

(a) Time varying optimal weighting vector: The proposed idea may be applied to the SA algorithms in a nonstationary case. In the simulation, the combined filter is composed out of three SA adaptive filters with different steps, i.e. Q = {μ, μ/2, μ/8}; μ = 0.2. The optimal vectors is generated according to the presented model with 001.02=Z σ,and with κ = 2. In the first 30 iterations the variance was estimated according to (7), and CA takes the coefficients of SA with μ (SA1).

Figure 2(a) shows the AMSD characteristics for each algorithm. In steady state

the CA does not ideally follow the SA3 with μ/8, because of the nonstationary problem nature and a relatively small difference between the coefficient variances of the SA2 and SA3. However,this does not affect the overall performance of the proposed algorithm. AMSD for each considered algorithm was: AMSD = 0.4129 (SA1,μ), AMSD = 0.4257 (SA2,μ/2), AMSD = 1.6011 (SA3, μ/8) and AMSD = 0.2696 (Comb).

(b) Comparison with VS LMS algorithm [6]: In this simulation we take the improved CA (9) from 3.1, and compare its performance with the VS LMS algorithm [6], in the case of abrupt changes of optimal vector. Since the considered VS LMS algorithm[6] updates its step size for each weighting coefficient individually, the comparison of these two algorithms is meaningful.

All the parameters for the improved CA are the same as in 3.1. For the VS LMS algorithm [6], the relevant parameter values are the counter of sign change m0 = 11,and the counter of sign continuity m1 = 7. Figure 2(b)shows the AMSD for the compared algorithms, where one can observe the favorable properties of the CA, especially after the abrupt changes. Note that abrupt changes are generated by multiplying all the system coefficients by ?1 at the 2000-th iteration (Fig. 2(b)). The AMSD for the VS LMS was AMSD = 0.0425, while its value for the CA (CoLMS) was AMSD = 0.0323.

For a complete comparison of these algorithms we consider now their calculation complexity, expressed by the respective increase in number of operations with respect to the LMS algorithm. The CA increases the number of requres operations for N additions and N IF decisions.For the VS LMS algorithm, the respective increase is: 3N multiplications, N additions, and at least 2N IF decisions.

These values show the advantage of the CA with respect to the calculation complexity.

6. Conclusion

Combination of the LMS based algorithms, which results in an adaptive system that takes the favorable properties of these algorithms in tracking parameter variations, is proposed.In the course of adaptation procedure it chooses better algorithms, all the way to the steady state when it takes the algorithm with the smallest variance of the

weighting coefficient deviations from the optimal value.

Acknowledgement. This work is supported by the Volkswagen Stiftung, Federal Republic of Germany.

基于LMS算法的自适应组合滤波器

摘要:提出了一种自适应组合滤波器。它由并行LMS 的自适应FIR 滤波器和一个具有更好的选择性的算法组成。作为正在研究中的滤波器算法比较标准,我们采取偏差和加权系数之间的方差比。仿真结果证实了提出的自适应滤波器的优点。

关键词:自适应滤波器;LMS 算法;组合算法;偏差和方差权衡

1、绪论

自适应滤波器已在信号处理和控制,以及许多实际问题[1, 2]的解决当中得到了广泛的应用. 自适应滤波器的性能主要取决于滤波器所使用的算法的加权系数的更新。最常用的自适应系统对那些基于最小均方(LMS )自适应算法及其改进(基于LMS 的算法)。

LMS 算法是非常简便,易于实施,具有广泛的用途[1-3]。但是,因为它并不总是收敛在一个可接受的方式,所以有很多的尝试,以对其性能做适当改进:符号算法(SA )的[8],几何平均LMS 算法(GLMS )[5],变步长LMS (最小均方比)算法[6,7]。

每一种基于LMS 的算法都至少有一个参数在适应过程(LMS 算法和符号算法,加强和GLMS 平滑系数,各种参数对变步长LMS 算法的影响)中被预先定义。这些参数的影响关键在两个适应阶段:瞬态和稳态滤波器的输出。这些参数的选择主要是基于一种算法质量的权衡中所提到的适应性能。我们提出了一个自适应滤波器的性能改善的方法。也就是说,我们提出了几个基于LMS 算法的不同参数的FIR 滤波器,并提供不同的适应阶段选择最合适的算法标准。这种方法可以适用于所有的LMS 的算法,虽然我们在这里只考虑其中几个。

本文的结构如下,作者认为的LMS 的算法概述载于第2节,第3节提出了自适应算法的改进和组合标准,仿真结果在第4节。

2、基于LMS 的算法 让我们定义输入信号向量T k N k x k x k x X )]1()1()([+--= 和矢量加权系数为T N k k W k W k W W )]()()([110-= 权重系数向量计算应根据: }{21k k k k X e E W W μ+=+ (1) 其中μ为算法步长,E{·}是预期值的估计。在k T k k k X W d e -=中,常数K 表式误差,k d 是一个参考信号。根据(1)中不同的预期值估计在,我们可以得出一种各种形式的自适应算法的定义:LMS {}()k k k k X e X e E = ,

自适应滤波LMS算法及RLS算法及其仿真.

自适应滤波 第1章绪论 (1) 1.1自适应滤波理论发展过程 (1) 1.2自适应滤波发展前景 (2) 1.2.1小波变换与自适应滤波 (2) 1.2.2模糊神经网络与自适应滤波 (3) 第2章线性自适应滤波理论 (4) 2.1最小均方自适应滤波器 (4) 2.1.1最速下降算法 (4) 2.1.2最小均方算法 (6) 2.2递归最小二乘自适应滤波器 (7) 第3章仿真 (12) 3.1基于LMS算法的MATLAB仿真 (12) 3.2基于RLS算法的MATLAB仿真 (15) 组别:第二小组 组员:黄亚明李存龙杨振

第1章绪论 从连续的(或离散的)输入数据中滤除噪声和干扰以提取有用信息的过 程称为滤波。相应的装置称为滤波器。实际上,一个滤波器可以看成是 一个系统,这个系统的目的是为了从含有噪声的数据中提取人们感兴趣的、 或者希望得到的有用信号,即期望信号。滤波器可分为线性滤波器和非 线性滤波器两种。当滤波器的输出为输入的线性函数时,该滤波器称为线 性滤波器,当滤波器的输出为输入的非线性函数时,该滤波器就称为非线 性滤波器。 自适应滤波器是在不知道输入过程的统计特性时,或是输入过程的统计特性发生变化时,能够自动调整自己的参数,以满足某种最佳准则要求的滤波器。 1.1自适应滤波理论发展过程 自适应技术与最优化理论有着密切的系。自适应算法中的最速下降算法以及最小二乘算法最初都是用来解决有/无约束条件的极值优化问题的。 1942年维纳(Wiener)研究了基于最小均方误差(MMSE)准则的在可加性噪声中信号的最佳滤波问题。并利用Wiener.Hopf方程给出了对连续信号情况的最佳解。基于这~准则的最佳滤波器称为维纳滤波器。20世纪60年代初,卡尔曼(Kalman)突破和发展了经典滤波理论,在时间域上提出 了状态空间方法,提出了一套便于在计算机上实现的递推滤波算法,并且适用于非平稳过程的滤波和多变量系统的滤波,克服了维纳(Wiener)滤波理论的局限性,并获得了广泛的应用。这种基于MMSE准则的对于动态系统的离散形式递推算法即卡尔曼滤波算法。这两种算法都为自适应算法奠定了基础。 从频域上的谱分析方法到时域上的状态空间分析方法的变革,也标志 着现代控制理论的诞生。最优滤波理论是现代控制论的重要组成部分。在控制论的文献中,最优滤波理论也叫做Kalman滤波理论或者状态估计理论。 从应用观点来看,Kalman滤波的缺点和局限性是应用Kalman滤波时要求知道系统的数学模型和噪声统计这两种先验知识。然而在绝大多数实际应用问题中,它们是不知道的,或者是近似知道的,也或者是部分知道的。应用不精确或者错误的模型和噪声统计设计Kalman滤波器将使滤波器性能变坏,导致大的状态估计误差,甚至使滤波发散。为了解决这个矛盾,产生了自适应滤波。 最早的自适应滤波算法是最小JY(LMS)算法。它成为横向滤波器的一种简单而有效的算法。实际上,LMS算法是一种随机梯度算法,它在相对于抽头权值的误差信号平方幅度的梯度方向上迭代调整每个抽头权 值。1996年Hassibi等人证明了LMS算法在H。准则下为最佳,从而在理论上证明了LMS算法具有孥实性。自Widrow等人1976年提出LMs自适应滤波算法以来,经过30多年的迅速发展,已经使这一理论成果成功的应用到通信、系统辨识、信号处理和自适应控制等领域,为自适应滤波开辟了新的发展方向。在各种自适应滤波算法中,LMS算法因为其简单、计算量小、稳定性好和易于实现而得到了广泛应用。这种算法中,固定步长因子μ对算法的性能有决定性的影响。若μ较小时,算法收敛速度慢,并且为得到满意的结果需要很多的采样数据,但稳态失调误差

图像处理中值滤波器中英文对照外文翻译文献

中英文资料对照外文翻译 一、英文原文 A NEW CONTENT BASED MEDIAN FILTER ABSTRACT In this paper the hardware implementation of a contentbased median filter suitabl e for real-time impulse noise suppression is presented. The function of the proposed ci rcuitry is adaptive; it detects the existence of impulse noise in an image neighborhood and applies the median filter operator only when necessary. In this way, the blurring o f the imagein process is avoided and the integrity of edge and detail information is pre served. The proposed digital hardware structure is capable of processing gray-scale im ages of 8-bit resolution and is fully pipelined, whereas parallel processing is used to m inimize computational time. The architecturepresented was implemented in FPGA an d it can be used in industrial imaging applications, where fast processing is of the utm ost importance. The typical system clock frequency is 55 MHz. 1. INTRODUCTION Two applications of great importance in the area of image processing are noise filtering and image enhancement [1].These tasks are an essential part of any image pro cessor,whether the final image is utilized for visual interpretation or for automatic an alysis. The aim of noise filtering is to eliminate noise and its effects on the original im age, while corrupting the image as little as possible. To this end, nonlinear techniques (like the median and, in general, order statistics filters) have been found to provide mo re satisfactory results in comparison to linear methods. Impulse noise exists in many p ractical applications and can be generated by various sources, including a number of man made phenomena, such as unprotected switches, industrial machines and car ign ition systems. Images are often corrupted by impulse noise due to a noisy sensor or ch annel transmission errors. The most common method used for impulse noise suppressi on n forgray-scale and color images is the median filter (MF) [2].The basic drawback o f the application of the MF is the blurringof the image in process. In the general case,t he filter is applied uniformly across an image, modifying pixels that arenot contamina ted by noise. In this way, the effective elimination of impulse noise is often at the exp ense of an overalldegradation of the image and blurred or distorted features[3].In this paper an intelligent hardware structure of a content based median filter (CBMF) suita ble for impulse noise suppression is presented. The function of the proposed circuit is to detect the existence of noise in the image window and apply the corresponding MF

IIR数字滤波器的设计外文文献以与翻译

IIR Digita Filter Design An important step in the development of a digital filter is the determination of a realizable transfer function G(z) approximating the given frequency response specifications. If an IIR filter is desired,it is also necessary to ensure that G(z) is stable. The process of deriving the transfer function G(z) is called digital filter design. After G(z) has been obtained, the next step is to realize it in the form of a suitable filter structure. In chapter 8,we outlined a variety of basic structures for the realization of FIR and IIR transfer functions. In this chapter,we consider the IIR digital filter design problem. The design of FIR digital filters is treated in chapter 10. First we review some of the issues associated with the filter design problem. A widely used approach to IIR filter design based on the conversion of a prototype analog transfer function to a digital transfer function is discussed next. Typical design examples are included to illustrate this approach. We then consider the transformation of one type of IIR filter transfer function into another type, which is achieved by replacing the complex variable z by a function of z. Four commonly used transformations are summarized. Finally we consider the computer-aided design of IIR digital filter. To this end, we restrict our discussion to the use of matlab in determining the transfer functions. 9.1 preliminary considerations There are two major issues that need to be answered before one can develop the digital transfer function G(z). The first and foremost issue is the development of a reasonable filter frequency response specification from the requirements of the overall system in which the digital filter is to be employed. The second issue is to determine whether an FIR or IIR digital filter is to be designed. In the section ,we examine these two issues first .

自适应滤波器设计与Matlab实现

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。 数学原理编辑 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, k s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。

数字滤波器的外文翻译

FIR 数字滤波器的有限字长系数优化的比较研究 拜彻尔,泰勒,罗兰 威尔士大学纽波特学院运算工程学校 摘要:实时数字滤波器频率响应的精度受实现时系数约束条件即有限字长(FWL)的影响。该文仅考虑FIR 数字滤波器有关的FWL 问题。准确和近似响应之间的最大误差限的约束条件所对应的理论问题和统计误差值都进行了详细的研究。利用实数值遗传算法作为优化工具,并由若干设计案例的FWL 效应获得其最大误差限和误差值。由此,完成了简单凑整逼近、遗传算法优化、整数规划法,以及简单希尔登山者方法之间的比较。 关键词:实时数字滤波器; 有限字长;遗传算法;整数规划 1. 前言 FIR 数字滤波器广泛用于图像处理、移动通信、医疗电子,以及很多其他的信号处理应用。为降低能耗和提高运算量,截断系数到最短长度是有优势的。然而,该截断会引起滤波嚣设计参数的变化,在某些情况下这是不可接收的。此即优化问题,即尽可能地选择近似系数值的微小变化量,以便最好的服从设计规范标准。针对有限脉冲响应(FIR)滤波器形式结构的线性相位已被证明是鲁棒的,因而FWL 系数的自我实现的研究是极具有吸引力的[1]。FWL FIR 对称数字滤波器的研究涉及到一组系数的选择,从而这个新频率响应可以作为无限准确系数截断的一个结果,可以最大的接近所给定的规范频率响应。 已知的为解决该问题所使用的算法均基于两种方法:局部搜索法[2]和整数规划分支界限法[3,4]。局部搜索法需要选择一组可行的FWL 系数(称为四舍五入值),用以给出一个频率响应并用以检验H 的领域。同时要选定滤波器的传递函数,以便得到更好的滤波器H',即具有低误差函数的滤波器。如果找到了这样的一个滤波器H',那么便可用H'来代替H ,而算法即可进入下一步或者终止。分支界限算法涉及对一组可能解所构成的树的系统性修正,这些解依赖于由枚举总数所确定的下界值。这两种算法本质上计算密集,且不能保证全局优化。其问题即是在于进一步复合,使其更加灵敏以便增加滤波器长度。 2. FWL 系数及误差目标函数 用以导出FWL 系数的最常用定点算法是直接量化法。使用标准滤波器设计技术导出的高精度系数在该方法中首次被利用,以得出FWL 的量化系数。如下量化系数的起始解给出。 h ri =round[h ei 2B-1] i=0,1,2,...,N-1 (1) 这里,h ri 为四舍五入系数,hei 为高精度系数,B 为用以描述系数的位数,N 为滤波器长度。 优化过程的主要目的在于极小化目标函数,其明确目标为获得一个与期望的响应尽可能接近的滤波器频率响应。目标函数被用于500个等距频率的格点。 目标函数通过以下式来评价: }H max ,H 110max{max }H H 1{ObjV s p s s p p i i L s i 2 i P i 2 i -++-=∑∑== (2) H ip =遗传算法优化滤波器在通带中对应频率的幅值响应 H is =遗传算法优化滤波器在阻带中对应频率的幅值响应 L=频率格点的数目(500)

自适应滤波算法的研究分析

自适应滤波算法的研究 第1章绪论 1.1课题背景 伴随着移动通信事业的飞速发展,自适应滤波技术应用的范围也日益扩大。早在20世纪40年代,就对平稳随机信号建立了维纳滤波理论。根据有用信号和干扰噪声的统计特性(自相关函数或功率谱),用线性最小均方误差估计准则设计的最佳滤波器,称为维纳滤波器。这种滤波器能最大程度地滤除干扰噪声,提取有用信号。但是,当输入信号的统计特性偏离设计条件,则它就不是最佳的了,这在实际应用中受到了限制。到60年代初,由于空间技术的发展,出现了卡尔曼滤波理论,即利用状态变量模型对非平稳、多输入多输出随机序列作最优估计。现在,卡尔曼滤波器己成功地应用到许多领域,它既可对平稳的和非平稳的随机信号作线性最佳滤波,也可作非线性滤波。实质上,维纳滤波器是卡尔曼滤波器的一个特例。 在设计卡尔曼滤波器时,必须知道产生输入过程的系统的状态方程和测量方程,即要求对信号和噪声的统计特性有先验知识,但在实际中,往往难以预知这些统计特性,因此实现不了真正的最佳滤波。 Widrow B等于1967年提出的自适应滤波理论,可使自适应滤波系统的参数自动地调整而达到最佳状况,而且在设计时,只需要很少的或根本不需要任何关于信号与噪声的先验统计知识。这种滤波器的实现差不多象维纳滤波器那样简单,而滤波性能几乎如卡尔曼滤波器一样好。因此,近十几年来,自适应滤波理论和方法得到了迅速发展。[1] 自适应滤波是一种最佳滤波方法。它是在维纳滤波,Kalman滤波等线性滤波基础上发展起来的一种最佳滤波方法。由于它具有更强的适应性和更优的滤波性能。从而在工程实际中,尤其在信息处理技术中得到广泛的应用。 自适应滤波的研究对象是具有不确定的系统或信息过程。“不确定”是指所研究的处理信息过程及其环境的数学模型不是完全确定的。其中包含一些未知因数和随机因数。

自适应滤波器毕业设计论文

大学 数字信号处理课程要求论文 基于LMS的自适应滤波器设计及应用 学院名称: 专业班级: 学生姓名: 学号: 2013年6月

摘要自适应滤波在统计信号处理领域占有重要地位,自适应滤波算法直接决定着滤波器性能的优劣。目前针对它的研究是自适应信号处理领域中最为活跃的研究课题之一。收敛速度快、计算复杂性低、稳健的自适应滤波算法是研究人员不断努力追求的目标。 自适应滤波器是能够根据输入信号自动调整性能进行数字信号处理的数字滤波器。作为对比,非自适应滤波器有静态的滤波器系数,这些静态系数一起组成传递函数。研究自适应滤波器可以去除输出信号中噪声和无用信息,得到失真较小或者完全不失真的输出信号。本文介绍了自适应滤波器的理论基础,重点讲述了自适应滤波器的实现结构,然后重点介绍了一种自适应滤波算法最小均方误差(LMS)算法,并对LMS算法性能进行了详细的分析。最后本文对基于LMS算法自适应滤波器进行MATLAB仿真应用,实验表明:在自适应信号处理中,自适应滤波信号占有很重要的地位,自适应滤波器应用领域广泛;另外LMS算法有优也有缺点,LMS算法因其鲁棒性强特点而应用于自回归预测器。 关键词:自适应滤波器,LMS算法,Matlab,仿真

1.引言 滤波技术在当今信息处理领域中有着极其重要的应用。滤波是从连续的或离散的输入数据中除去噪音和干扰以提取有用信息的过程,相应的装置就称为滤波器。滤波器实际上是一种选频系统,他对某些频率的信号予以很小的衰减,使该部分信号顺利通过;而对其他不需要的频率信号予以很大的衰减,尽可能阻止这些信号通过。滤波器研究的一个目的就是:如何设计和制造最佳的(或最优的)滤波器。Wiener于20世纪40年代提出了最佳滤波器的概念,即假定线性滤波器的输入为有用信号和噪音之和,两者均为广义平稳过程且己知他们的二阶统计过程,则根据最小均方误差准则(滤波器的输出信号与期望信号之差的均方值最小)求出最佳线性滤波器的参数,称之为Wiener滤波器。同时还发现,在一定条件下,这些最佳滤波器与Wiener滤波器是等价的。然而,由于输入过程取决于外界的信号、干扰环境,这种环境的统计特性常常是未知的、变化的,因而不能满足上述两个要求,设计不出最佳滤波器。这就促使人们开始研究自适应滤波器。自适应滤波器由可编程滤波器(滤波部分)和自适应算法两部分组成。可编程滤波器是参数可变的滤波器,自适应算法对其参数进行控制以实现最佳工作。自适应滤波器的参数随着输入信号的变化而变化,因而是非线性和时变的。 2. 自适应滤波器的基础理论 所谓自适应滤波,就是利用前一时刻已获得的滤波器参数等结果,自动地调节现时刻的滤波器参数,以适应信号和噪声未知的或随时间变化的统计特性,从而实现最优滤波。所谓“最优”是以一定的准则来衡量的,最常用的两种准则是最小均方误差准则和最小二乘准则。最小均方误差准则是使误差的均方值最小,它包含了输入数据的统计特性,准则将在下面章节中讨论;最小二乘准则是使误差的平方和最小。 自适应滤波器由数字结构、自适应处理器和自适应算法三部分组成。数字结构是指自适应滤波器中各组成部分之间的联系。自适应处理器是前面介绍的数字滤波器(FIR或IIR),所不同的是,这里的数字滤波器是参数可变的。自适应算法则用来控制数字滤波器参数的变化。 自适应滤波器可以从不同的角度进行分类,按其自适应算法可以分为LMS自适应滤波

数字信号处理英文文献及翻译

数字信号处理 一、导论 数字信号处理(DSP)是由一系列的数字或符号来表示这些信号的处理的过程的。数字信号处理与模拟信号处理属于信号处理领域。DSP包括子域的音频和语音信号处理,雷达和声纳信号处理,传感器阵列处理,谱估计,统计信号处理,数字图像处理,通信信号处理,生物医学信号处理,地震数据处理等。 由于DSP的目标通常是对连续的真实世界的模拟信号进行测量或滤波,第一步通常是通过使用一个模拟到数字的转换器将信号从模拟信号转化到数字信号。通常,所需的输出信号却是一个模拟输出信号,因此这就需要一个数字到模拟的转换器。即使这个过程比模拟处理更复杂的和而且具有离散值,由于数字信号处理的错误检测和校正不易受噪声影响,它的稳定性使得它优于许多模拟信号处理的应用(虽然不是全部)。 DSP算法一直是运行在标准的计算机,被称为数字信号处理器(DSP)的专用处理器或在专用硬件如特殊应用集成电路(ASIC)。目前有用于数字信号处理的附加技术包括更强大的通用微处理器,现场可编程门阵列(FPGA),数字信号控制器(大多为工业应用,如电机控制)和流处理器和其他相关技术。 在数字信号处理过程中,工程师通常研究数字信号的以下领域:时间域(一维信号),空间域(多维信号),频率域,域和小波域的自相关。他们选择在哪个领域过程中的一个信号,做一个明智的猜测(或通过尝试不同的可能性)作为该域的最佳代表的信号的本质特征。从测量装置对样品序列产生一个时间或空间域表示,而离散傅立叶变换产生的频谱的频率域信息。自相关的定义是互相关的信号本身在不同时间间隔的时间或空间的相关情况。 二、信号采样 随着计算机的应用越来越多地使用,数字信号处理的需要也增加了。为了在计算机上使用一个模拟信号的计算机,它上面必须使用模拟到数字的转换器(ADC)使其数字化。采样通常分两阶段进行,离散化和量化。在离散化阶段,信号的空间被划分成等价类和量化是通过一组有限的具有代表性的信号值来代替信号近似值。 奈奎斯特-香农采样定理指出,如果样本的取样频率大于两倍的信号的最高频率,一个信号可以准确地重建它的样本。在实践中,采样频率往往大大超过所需的带宽的两倍。 数字模拟转换器(DAC)用于将数字信号转化到模拟信号。数字计算机的使用是数字控制系统中的一个关键因素。 三、时间域和空间域 在时间或空间域中最常见的处理方法是对输入信号进行一种称为滤波的操作。滤波通常包括对一些周边样本的输入或输出信号电流采样进行一些改造。现在有各种不同的方法来表征的滤波器,例如: 一个线性滤波器的输入样本的线性变换;其他的过滤器都是“非线性”。线性滤波器满足叠加条件,即如果一个输入不同的信号的加权线性组合,输出的是一个同样加权线性组合所对应的输出信号。

DSP滤波器中英文对照外文翻译文献

中英文对照外文翻译文献(文档含英文原文和中文翻译)

译文: GA算法优化IIR滤波器的设计 摘要本文提出了运用遗传算法(GA)来优化无限脉冲响应数字滤波器(IIR)的设计。 IIR滤波器本质上是一个递归响应的数字滤波器。由于IIR 数字滤波器的表面误差通常是非线性的和多峰的,而全局优化技术需要避免局部最小值。本文提出了启发式方式来设计IIR滤波器。GA是组合优化问题中一种功能强大的全局优化算法,该论文发现IIR数字滤波器的最佳系数可以通过GA 优化。该设计提出低通和高通IIR数字滤波器的设计,以提供过渡频带的估计值。结果发现,所计算出的值比可用于过滤器的在MATLAB设计FDA工具更优化。举个例子,采用的仿真结果表明在过渡带和均方误差(MSE)的改善。零极点的位置也被提出来用来描述系统的的稳定性,以便将结果与模拟退火(SA)的方法相比较。 关键词:数字滤波器;无限冲激响应(IIR);遗传算法(GA);优化1.说明 在过去的几十年中的数字信号处理(DSP)领域已经成长太重要的理论和技术。在DSP中,有两个重要的类型系统。第一类型的系统是执行信号滤波的时域,因此它被称为数字滤

波器。第二类型的系统提供的信号表示频域,被称为频谱分析仪。数字滤波是DSP的最有力的工具之一。数字滤波器能够性能规格,最好的同时也是极其困难的,而且不可能的是,先用模拟滤波器实现。另外,数字滤波器的特性,可以很容易地在软件控制下发生变化。数字滤波器被分类为有限持续时间脉冲响应(FIR)滤波器或无限持续时间脉冲响应(IIR)滤波器,这取决于该系统的脉冲响应的形式。在FIR系统中,脉冲响应序列是有限的持续时间,即,它具有非零项的数量有限。数字无限脉冲响应(IIR)滤波器通常可以提供比其等效有限脉冲响应(FIR)滤波器更好的性能和更少的计算成本,并已成为越来越感兴趣的目标。 但是,由于IIR滤波器的误差表面通常是非线性的,多式联运,传统的基于梯度的设计方法可以很容易地陷入错误的表面。因此当地极小,一些研究者已经试图开发基于设计方法现代启发式优化算法,如遗传算法(GA),模拟退火(SA),禁忌搜索(TS).简单的迭代方法通常导致次优的设计。因此,有必要的优化方法(启发式型),可以是用来设计数字滤波器,将满足规定的规格。古德伯格呈现遗传算法的详细的数学模型。本韦努托切在书中描述在设计数字滤波器具有线性相位数字滤波器的上下文中使用模拟退火(SA)算法的显着特征。该算法然后被应用到FIR滤波器的设计。其结果是并不令人印象深刻。此外,它在计算上的花费是非常昂贵的。

自适应滤波器的dsp实现

学号: 课程设计 学院 专业 年级 姓名 论文题目 指导教师职称 成绩 2013年 1 月 10 日

目录 摘要 (1) 关键词 (1) Abstract (1) Key words (1) 引言 (1) 1 自适应滤波器原理 (2) 2 自适应滤波器算法 (3) 3 自适应滤波算法的理论仿真与DSP实现 (5) 3.1 MATLAB仿真 (5) 3.2 DSP的理论基础 (7) 3.3 自适应滤波算法的DSP实现 (9) 4 结论 ............................................... 错误!未定义书签。致谢 ................................................. 错误!未定义书签。参考文献 ............................................. 错误!未定义书签。

自适应滤波器算法的DSP实现 学生姓名:学号: 学院:专业: 指导教师:职称: 摘要:本文从自适应滤波器的基本原理、算法及设计方法入手。本设计最终采用改进的LMS算法设计FIR结构自适应滤波器,并采用MATLAB进行仿真,最后用DSP 实现了自适应滤波器。 关键词:DSP(数字信号处理器);自适应滤波器;LMS算法;FIR结构滤波器 DSP implementation of the adaptive filter algorithm Abstract:In this article, starting from the basic principles of adaptive filter and algorithms and design methods. Eventually the design use improved the LMS algorithm for FIR adaptive filter,and use MATLAB simulation, adaptive filter using DSP. Key words:DSP;adaptive filter algorithm;LMS algorithm;FIR structure adaptive filter 引言 滤波是电子信息处理领域的一种最基本而又极其重要的技术。在有用信号的传输过程中,通常会受到噪声或干扰的污染。利用滤波技术可以从复杂的信号中提取所需要的信号,同时抑制噪声或干扰信号,以便更有效地利用原始信号。滤波器实际上是一种选频系统,它对某些频率的信号予以很小的衰减,让该部分信号顺利通过;而对其他不需要的频率信号则予以很大的衰减,尽可能阻止这些信号通过。在电子系统中滤波器是一种基本的单元电路,使用很多,技术也较为复杂,有时滤波器的优劣直接决定产品的性能,所以很多国家非常重视滤波器的理论研究和产品开发[1]。近年来,尤其数字滤波技术使用广泛,数字滤波理论的研究及其产品的开发一直受到很多国家的重视。从总的来说滤波可分为经典滤波和现代滤波。经典滤波要求已知信号和噪声的统计特性,如维纳滤波和卡尔曼滤波。现代滤波则不要求己知信号和噪声的统计特性,如自适应滤波。 自适应滤波器是统计信号处理的一个重要组成部分。在实际应用中,由于没有充足的信息来设计固定系数的数字滤波器,或者设计规则会在滤波器正常运行时改变,因此我们需要研究自适应滤波器。凡是需要处理未知统计环境下运算结果所产生的信

word完整版自适应滤波器原理 带图带总结word版推荐文档

第二章自适应滤波器原理 2.1 基本原理 2.1.1 自适应滤波器的发展 在解决线性滤波问题的统计方法中,通常假设已知有用信号及其附加噪声的某些统计参数(例如,均值和自相关函数) ,而且需要设计含噪数据作为其输入的线性滤波器,使得根据某种统计准则噪声对滤波器的影响最小。实现该滤波器优化问题的一个有用方法是使误差信号(定义为期望响应与滤波器实际输出之差)的均方值最小化。对于平稳输入,通常采用所谓维纳滤波器( Wiener filter) 的解决方案。该滤波器在均方误差意义上使最优的。误差信号均方值相对于滤波器可调参数的曲线通常称为误差性能曲面。该曲面的极小点即为维纳解。 维纳滤波器不适合于应对信号和/或噪声非平稳问题。在这种情况下,必须假设最优滤波器为时变形式。对于这个更加困难的问题,十分成功的一个解决方案使采用卡尔曼滤波器 (Kalman filter )。该滤波器在各种工程应用中式一个强有力的系统。 维纳滤波器的设计要求所要处理的数据统计方面的先验知识。只有当输入数据的统计特性与滤波器设计所依赖的某一先验知识匹配时,该滤波器才是最优的。当这个信息完全未知时,就不可能设计维纳滤波器,或者该设计不再是最优的。而且维纳滤波器的参数是固定的。 在这种情况下,可采用的一个直接方法是“估计和插入过程”。该过程包含两个步骤,首先是“估计”有关信号的统计参数,然后将所得到的结果“插入( plug into)”非递归公式以计算滤波器参数。对于实时运算,该过程的缺点是要求特别精心制作,而且要求价格昂贵的硬件。为了消除这个限制,可采用自适应滤波器(adaptive filter)。采用这样一种系统,意味着滤波器是自设计的,即自适应滤波器依靠递归算法进行其计算,这样使它有可能在无法获得有关信号特征完整知识的环境下,玩完满地完成滤波运算。该算法将从某些预先确定的初始条件集出发,这些初始条件代表了人们所知道的上述环境的任何一种情况。我们还发现,在平稳环境下,该运算经一些成功迭代后收敛于某种统计意义上的最优维纳解。在非平稳环境下,该算法提供了一种跟踪能力,即跟踪输入数据统计特性随时间的变化,只要这种变化时足够缓慢的。 40年代,N.维纳用最小均方原则设计最佳线性滤波器,用来处理平稳随机

自适应滤波算法理解与应用

自适应滤波算法理解与应用 什么是自适应滤波器自适应滤波器是能够根据输入信号自动调整性能进行数字信号处理的数字滤波器。作为对比,非自适应滤波器有静态的滤波器系数,这些静态系数一起组成传递函数。 对于一些应用来说,由于事先并不知道所需要进行操作的参数,例如一些噪声信号的特性,所以要求使用自适应的系数进行处理。在这种情况下,通常使用自适应滤波器,自适应滤波器使用反馈来调整滤波器系数以及频率响应。 总的来说,自适应的过程涉及到将代价函数用于确定如何更改滤波器系数从而减小下一次迭代过程成本的算法。价值函数是滤波器最佳性能的判断准则,比如减小输入信号中的噪声成分的能力。 随着数字信号处理器性能的增强,自适应滤波器的应用越来越常见,时至今日它们已经广泛地用于手机以及其它通信设备、数码录像机和数码照相机以及医疗监测设备中。 下面图示的框图是最小均方滤波器(LMS)和递归最小平方(en:Recursive least squares filter,RLS,即我们平时说的最小二乘法)这些特殊自适应滤波器实现的基础。框图的理论基础是可变滤波器能够得到所要信号的估计。 自适应滤波器有4种基本应用类型:1)系统辨识:这时参考信号就是未知系统的输出,当误差最小时,此时自适应滤波器就与未知系统具有相近的特性,自适应滤波器用来提供一个在某种意义上能够最好拟合未知装置的线性模型 2)逆模型:在这类应用中,自适应滤波器的作用是提供一个逆模型,该模型可在某种意义上最好拟合未知噪声装置。理想地,在线性系统的情况下,该逆模型具有等于未知装置转移函数倒数的转移函数,使得二者的组合构成一个理想的传输媒介。该系统输入的延迟构成自适应滤波器的期望响应。在某些应用中,该系统输入不加延迟地用做期望响应。3)预测:在这类应用中,自适应滤波器的作用是对随机信号的当前值提供某种意义上的一个最好预测。于是,信号的当前值用作自适应滤波器的期望响应。信号的过去值加到滤

自适应滤波器MATLAB仿真

自适应滤波器 MATLAB仿真 摘要 : 本文介绍了自适应滤波器的工作原理,以及推导了著名的LMS( Least mean squares )算法。以一个例子演示了自适应滤波器的滤波效果。实验结果表明,该滤波器滤波效果较好。 关键词:自适应滤波器 MATLAB7.0 LMS 算法 Simulate of adaptive filter based on MATLAB7.0 Abstract: This article described the working principle of adaptive filter and deduced the well-known LMS algorithm. Take an example to demonstrate the adaptive filters filtering effects. The results show that the filter has an effective way to filter single. Key words: LMS algorithm Adaptive Filter Matlab7.0 1引言 由 Widrow B 等提出的自适应滤波理论,是在维纳滤波、卡尔曼滤波等线性滤波基础上发展起来的一种最佳滤波方法。由于它具有更强的适应性和更优的滤波性能,从而广泛应用于通信、系统辨识、回波消除、自适应谱线增强、自适应信道均衡、语音线性预测和自适应天线阵等诸多领域[1]。自适应滤波器最大的优点在于不需要知道信号和噪声的统计特性的先验知识就可以实现信号的最佳滤波处理。本文通过一个具体例子和结果论证了自适应滤波器的滤波效果。 2自适应滤波原理及 LMS算法 2.1 自适应滤波原理 图 1 自适应滤波原理图 在自适应滤波器中,参数可调的数字滤波器一般为 FIR 数字滤波器, IIR 数字滤波器或格型数字滤波器。自适应滤波分 2 个过程。第一,输入信号想 x(n) 通过参数可调的数字滤波器后得输出信号 y(n) ,y(n) 与参考信号 d(n) 进行比较得误差信号 e(n) ;第二,通过一种自适应算法和 x(n) 和 e(n) 的值来调节参数可调的数字滤波器的参数,即加权系

模拟滤波器外文翻译

( (英文参考文献及译文) 二〇一〇年六月 本科毕业设计 题目:模拟滤波器软件包的设计 学生姓名: 学院:机械学院 系别:测控系 专业:测控技术 与仪器 班级 :测控08-2 指导教师:谭静高级实验师

基于MATLAB的模拟滤波器 1.1模拟滤波器简介 信号处理技术涉及到从不同类型的信号中提取信息来源的方法,同时也涉及到保护,存储并在稍后检索信息的方法。例如,电讯系统,我们对兴趣从一个地方传输信息到另一个地方感兴趣,而在其他应用程序中,例如,MP3播放器,我们对在高效存储和信息检索感兴趣。标记存储信息供以后检索,可以被看作是传输通过传输信道的信息伴随一个任意长的时间延迟。在许多情况下,例如,MP3格式,信号处理已被用来删除nonaudible的技术(冗余)的信息,以减少需要存储的信息的量。 例如,在无线电系统,我们需要生成不同类型的信号,并修改信号,这样信息就可以在广播频道传输,例如,通过频率调制高频载波。模拟滤波器是这些应用中的关键部件。 图 1.1说明了一个简单的数字传输系统模拟滤波器是关键部件。计算机A 作为一个数字信号源生成一个ASCII符号序列。“符号代表8位字。以通过电话线传输一个符号,我们必须在符号位中指定一个物理信号适合传输信号。在这里,我们使用一个具有两种不同频率的正弦电压作为载波信号和使用所谓的频移键控来代表信息。 在调制解调器A(调制器/解调器),我们让“零”位对应到980赫兹和“一”对应到1180赫兹。因此,调制解调器B来确定,如果接收频率是980或1180赫兹,以确定是零还是一被传输。两个能让正弦信号通过的带通滤波器,可以用于解决通过比较两个滤波器的输出振幅来接收到的信号频率。以类似的方式,调制解调器B发送信息到调制解调器A,并且使用了1650和1850赫兹的频率。因此,过滤是一个调制解调器的重要组成部分。 上面讨论的传输系统是现在过时了。然而,现代传输系统具有更高的传输容量,使用类似的技术。例如,高清晰度电视(HDTV),无线局域网(WLAN)和非对称数字用户线(ADSL),使用一些载体和更先进的调制方法。然而,在这些系统中,不同类型的滤波器也是关键部件。 1.2信号和信号载体 常见信号和信号处理的例子如系统语音,音乐,图像,脑电图,心电图,地震信号和无线电,雷达,声纳,电视,电话和数字传输系统。信号处理系统的特点是他们存储,传输,或信息的减少。这个''信息''的概念有一个严格的科学定义,但在这里我们将从日常意义上解释“信息”的概念,例如,相当于在电话交谈表示什么。此外,信息被解释为什么我们认为是利益,例如,说什么,但不是谁在讲话。在不同的上下文中,有关资料可是说话者的身份。

自适应滤波器的设计(终极版)

目录 摘要…………………..………………………………………………………..….............I 第1章绪论....................................................................................................................错误!未定义书签。 1.1引言……………………………………………...…..…………...……………...错误!未定义书签。 1.2课题研究意义和目的 (1) 1.3国内外研究发展状况 (2) 1.4本文研究思路与主要工作 (4) 第2章自适应滤波器理论基础 (5) 2.1自适应滤波器简介 (5) 2.2自适应滤波器的原理 (5) 2.3自适应滤波算法 (7) 2.4TMS320VC5402的简介 (8) 第3章总体方案设计 (10) 3.1无限冲激响应(IIR)滤波器 (10) 3.2有限冲激响应(FIR)滤波器 (11) 3.3电路设计 (11) 4基于软件设计及仿真 (17) 4.3 DSP的理论基础 (17) 4.4自适应滤波算法的DSP实现 (18) 5总结 (21) 参考文献 (22) 致谢 (23) 附录自适应滤波源代码 (24)

第1章绪论 1.1引言 随着微电子技术和计算机技术的迅速发展,具备了实现自适应滤波器技术的各种软硬件条件,有关自适应滤波器的新算法、新理论和新的实施方法不断涌现,对自适应滤波的稳定性、收敛速度和跟踪特性的研究也不断深入,这一切使该技术越来越成熟,并且在系统辨识、通信均衡、回波抵消、谱线增强、噪声抑制、系统模拟语音信号处理、生物医学电子等方面都获得了广泛应用口。自适应滤波器实现的复杂性通常用它所需的乘法次数和阶数来衡量,而DSP强大的数据吞吐量和数据处理能力使得自适应滤波器的实现更容易。目前绝大多数的自适应滤波器应用是基于最新发展的DSP 来设计的. 滤波技术是信号处理中的一种基本方法和技术,尤其数字滤波技术使用广泛,数字滤波理论的研究及其产品的开发一直受到很多国家的重视。从总的来说滤波可分为经典滤波和现代滤波。经典滤波要求已知信号和噪声的统计特性,如维纳滤波和卡尔曼滤波。现代滤波则不要求己知信号和噪声的统计特性,如自适应滤波。自适应滤波的原理就是利用前一时刻己获得的滤波参数等结果,自动地调节现时刻的滤波参数,从而达到最优化滤波。自适应滤波具有很强的自学习、自跟踪能力,适用于平稳和非平稳随机信号的检测和估计。自适应滤波一般包括3个模块:滤波结构、性能判据和自适应算法。其中,自适应滤波算法一直是人们的研究热点,包括线性自适应算法和非线性自适应算法,非线性自适应算法具有更强的信号处理能力,但计算比较复杂,实际应用最多的仍然是线性自适应滤波算法。线性自适应滤波算法的种类很多,有LMS自适应滤波算法、R路自适应滤波算法、变换域自适应滤波算法、仿射投影算法、共扼梯度算法等。 1.2课题研究意义和目的 自适应滤波理论与技术是现代信号处理技术的重要组成部分,对复杂信号的处理具有独特的功能,对自适应滤波算法的研究是当今自适应信号处理中最为活跃的研究课题之一。自适应滤波器与普通滤波器不同,它的冲激响应或滤波参数是随外部环境的变化而变化的,经过一段自动调节的收敛时间达到最佳滤波的要求。自适应滤波器本身有一个重要的自适应算法,这个算法可以根据输入、输出及原参量信号按照一定准则修改滤波参量,以使它本身能有效的跟踪外部环境的变化。因此,自适应数字系

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