[發(fā)明專利]變參數(shù)比例自適應(yīng)濾波器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410015022.5
• 申請(qǐng)日: 2014-01-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103716013A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 倪錦根
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蘇州大學(xué)
• 主分類號(hào): H03H21/00
• 分類號(hào): H03H21/00
• 代理公司: 蘇州創(chuàng)元專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 32103
• 代理人: 范晴;夏振

1.一種變參數(shù)比例自適應(yīng)濾波器，其特征在于所述濾波器包括：

噪聲功率估計(jì)模塊，用于當(dāng)自適應(yīng)濾波器處于靜態(tài)的時(shí)候估計(jì)系統(tǒng)噪聲的功率；

誤差功率估計(jì)模塊，用于對(duì)自適應(yīng)濾波器的輸出誤差信號(hào)進(jìn)行時(shí)間平滑估計(jì)誤差信號(hào)的功率；

中間變量生成模塊，用于由誤差信號(hào)的功率與系統(tǒng)噪聲的功率產(chǎn)生中間變量，所述中間變量由誤差信號(hào)的功率與系統(tǒng)噪聲的功率比值，經(jīng)求對(duì)數(shù)獲得；

時(shí)變參數(shù)生成模塊，用于將中間變量通過(guò)Sigmoid函數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得到針對(duì)比例自適應(yīng)濾波器的時(shí)變參數(shù)；

比例矩陣構(gòu)建模塊，用于由獲得的時(shí)變參數(shù)求取每個(gè)系數(shù)的增益，再由系數(shù)增益構(gòu)建比例矩陣；

濾波器系數(shù)更新模塊，用于根據(jù)構(gòu)建的比例矩陣來(lái)進(jìn)行自適應(yīng)濾波器的系數(shù)更新，并且計(jì)算新的誤差信號(hào)值。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變參數(shù)比例自適應(yīng)濾波器，其特征在于所述噪聲功率估計(jì)模塊進(jìn)行估計(jì)系統(tǒng)噪聲的功率先令輸入信號(hào)u(n)＝0，則輸出誤差e(n)即為系統(tǒng)噪聲v(n)；通過(guò)時(shí)間平均的方法，求得系統(tǒng)噪聲的功率

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的變參數(shù)比例自適應(yīng)濾波器，其特征在于所述誤差功率估計(jì)模塊進(jìn)行誤差功率估計(jì)按照如下步驟進(jìn)行：

1）通過(guò)輸入信號(hào)u(n)和期望信號(hào)d(n)按照e(n)＝d(n)-w^T(n)u(n)計(jì)算誤差信號(hào)的值，其中w(n)＝[w₁(n),w₂(n),…,w_M(n)]為自適應(yīng)濾波器在n時(shí)刻的系數(shù)向量；u(n)＝[u(n),u(n-1),…,u(n-M+1)]^T為自適應(yīng)濾波器在n時(shí)刻的輸入信號(hào)向量，該向量由輸入信號(hào)當(dāng)前的樣值與其之前的M-1個(gè)取樣值構(gòu)成；

2）按照估計(jì)輸出誤差信號(hào)的功率其中λ為平滑因子。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的變參數(shù)比例自適應(yīng)濾波器，其特征在于所述中間變量生成模塊根據(jù)系統(tǒng)噪聲功率和誤差信號(hào)功率按照得到中間變量x(n)。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的變參數(shù)比例自適應(yīng)濾波器，其特征在于所述時(shí)變參數(shù)生成模塊根據(jù)中間變量x(n)按照α(n)＝(2α+2)/{1+exp[-βx(n)]}-(α+2)獲得時(shí)變參數(shù)α(n)的值，其中α為折中參數(shù)；β為Sigmoid函數(shù)的形狀參數(shù)。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的變參數(shù)比例自適應(yīng)濾波器，其特征在于所述比例矩陣構(gòu)建模塊先根據(jù)時(shí)變參數(shù)按照g_m(n)＝[1-α(n)]/2M+[1+α(n)]|w_m(n)|/[2||w(n)||₁+ε]獲取比例矩陣的元素，其中m＝1,2,…,M-1，w_m(n)為自適應(yīng)濾波器的第m個(gè)系數(shù)在n時(shí)刻的值，||·||₁表示L₁范數(shù)，ε為引入的小正數(shù)；然后將得到的M個(gè)比例矩陣的元素形成對(duì)角矩陣G(n)＝diag[g₁(n),g₂(n),…,g_M(n)]，其中G(n)中每個(gè)對(duì)角元素對(duì)應(yīng)于每個(gè)濾波器系數(shù)的增益g_m(n)。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的變參數(shù)比例自適應(yīng)濾波器，其特征在于所述濾波器系數(shù)更新模塊根據(jù)生成的比例矩陣按照更新公式w(n+1)＝w(n)+μG(n)u(n)e(n)/[u^T(n)G(n)u(n)+δ]更新自適應(yīng)濾波器的系數(shù)向量，其中^δ為用來(lái)解決數(shù)值計(jì)算困難的正則化參數(shù)。

8.一種變參數(shù)比例自適應(yīng)濾波器系數(shù)向量更新方法，其特征在于所述方法包括以下步驟：

（1）當(dāng)自適應(yīng)濾波器處于靜態(tài)的時(shí)候估計(jì)系統(tǒng)噪聲的功率；

（2）對(duì)自適應(yīng)濾波器的輸出誤差信號(hào)進(jìn)行時(shí)間平滑估計(jì)誤差信號(hào)的功率；

（3）由誤差信號(hào)的功率與系統(tǒng)噪聲的功率產(chǎn)生中間變量，所述中間變量由誤差信號(hào)的功率與系統(tǒng)噪聲的功率比值，經(jīng)求對(duì)數(shù)獲得；

（4）將中間變量通過(guò)Sigmoid函數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得到針對(duì)比例自適應(yīng)濾波器的時(shí)變參數(shù)；

（5）由獲得的時(shí)變參數(shù)求取每個(gè)系數(shù)的增益，再由系數(shù)增益構(gòu)建比例矩陣；

（6）根據(jù)構(gòu)建的比例矩陣來(lái)進(jìn)行自適應(yīng)濾波器的系數(shù)更新，并且計(jì)算新的誤差信號(hào)值。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的變參數(shù)比例自適應(yīng)濾波器系數(shù)向量更新方法，其特征在于所述方法具體按照如下步驟進(jìn)行：

（1）令輸入信號(hào)u(n)＝0，則輸出誤差e(n)即為系統(tǒng)噪聲v(n)；通過(guò)時(shí)間平均的方法，求得系統(tǒng)噪聲的功率

（2）進(jìn)行誤差功率估計(jì)按照如下步驟進(jìn)行：

1）通過(guò)輸入信號(hào)u(n)和期望信號(hào)d(n)按照e(n)＝d(n)-w^T(n)u(n)計(jì)算誤差信號(hào)的值，其中w(n)＝[w₁(n),w₂(n),…,w_M(n)]為自適應(yīng)濾波器在n時(shí)刻的系數(shù)向量；u(n)＝[u(n),u(n-1),…,u(n-M+1)]^T為自適應(yīng)濾波器在n時(shí)刻的輸入信號(hào)向量，該向量由輸入信號(hào)當(dāng)前的樣值與其之前的M-1個(gè)取樣值構(gòu)成；

2）按照估計(jì)輸出誤差信號(hào)的功率其中λ為平滑因子；

（3）根據(jù)系統(tǒng)噪聲功率和誤差信號(hào)功率按照得到中間變量x(n)；

（4）根據(jù)中間變量x(n)按照α(n)＝(2α+2)/{1+exp[-βx(n)]}-(α+2)獲得時(shí)變參數(shù)α(n)的值，其中α為折中參數(shù)；β為Sigmoid函數(shù)的形狀參數(shù)；

（5）先根據(jù)時(shí)變參數(shù)按照g_m(n)＝[1-α(n)]/2M+[1+α(n)]|w_m(n)|/[2||w(n)||₁+ε]獲取比例矩陣的元素，其中m＝1,2,…,M-1，w_m(n)為自適應(yīng)濾波器的第m個(gè)系數(shù)在n時(shí)刻的值，||·||₁表示L₁范數(shù)，ε為引入的小正數(shù)；然后將得到的M個(gè)比例矩陣的元素形成對(duì)角矩陣G(n)＝diag[g₁(n),g₂(n),…,g_M(n)]，其中G(n)中每個(gè)對(duì)角元素對(duì)應(yīng)于每個(gè)濾波器系數(shù)的增益g_m(n)；

（6）根據(jù)生成的比例矩陣按照更新公式w(n+1)＝w(n)+μG(n)u(n)e(n)/[u^T(n)G(n)u(n)+δ]更新自適應(yīng)濾波器的系數(shù)向量，其中δ為用來(lái)解決數(shù)值計(jì)算困難的正則化參數(shù)。