[發明專利]基于Backlash算子的自適應格型濾波器及其建模方法

有效

• 申請號: 201410124538.3
• 申請日: 2014-03-28
• 公開（公告）號: CN103956993B
• 公開（公告）日: 2017-03-22
• 發明（設計）人: 董寧;單鳳敏;劉向東;高聰哲;李洪娟
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H03H21/00
• 分類號: H03H21/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.基于Backlash算子的自適應格型濾波器，其特征在于：包括GAL濾波器模塊和LMS線性組合模塊；其中，GAL濾波器模塊包括M個結構相同的單節GAL模塊；LMS線性組合模塊包括自適應權值調整模塊、誤差計算模塊和步長調整模塊；

M個單節GAL模塊頭尾順次相連，構成M階GAL濾波器模塊；基于Backlash算子的自適應格型濾波器的輸入和每個單節GAL模塊的輸出作為輸入連接至自適應權值調整模塊和步長調整模塊；自適應權值調整模塊的輸出連接至誤差計算模塊，誤差計算模塊的輸出和步長調整模塊的輸出連接至自適應權值調整模塊；

GAL濾波器模塊的輸入進行歸一化處理，輸出時進行反歸一化處理；每個單節GAL模塊包括一個Backlash算子模塊；每個Backlash算子的寬度r由GAL濾波器模塊所選用的Backlash算子的個數即GAL濾波器模塊的階數M決定：r=1M;]]>

每個單節GAL模塊有兩個輸入和兩個輸出，兩個輸出分別為經該單節GAL模塊后的前向預測誤差和后向預測誤差，兩個輸入分別為前一個單節GAL模塊的兩個輸出，其中，第一個單節GAL模塊的兩個輸入均連接GAL濾波器模塊的輸入信號；

所述的單節GAL模塊輸出的前向預測誤差為其前一個單節GAL模塊的后向預測誤差經本節Backlash算子模塊的輸出乘以本節單節GAL模塊中后向反射系數，再加上前一個單節GAL模塊的前向預測誤差之和；其具體公式為：其中f_m(n)為第m個單節GAL模塊的前向預測誤差，f_m-1(n)為第m-1個單節GAL模塊的前向預測誤差，為第m個單節GAL模塊的后向反射系數，out_m(n)為第m個單節GAL模塊經本節Backlash算子模塊的輸出，m＝1,2,L，M；

所述單節GAL模塊輸出的后向預測誤差為前一個單節GAL模塊的前向預測誤差乘以前向反射系數，再加上該單節GAL模塊的Backlash算子模塊的輸出之和；具體公式為：其中，b_m(n)為第m個單節GAL模塊的后向預測誤差，為第m個單節GAL模塊的前向反射系數；

所述每節單節GAL模塊中的后向反射系數與前向反射系數根據上一個單節GAL模塊的輸出實時更新，更新公式為：

kmb(n+1)=kmb(n)-β1fm(n)outm(n),kmf(n+1)=kmf(n)-β2bm(n)fm-1(n)]]>

其中，β₁和β₂分別為后向反射系數和前向反射系數的迭代步長；

通過更新公式能夠得到所有單節GAL模塊的反射系數曲線，并繪制出GAL濾波器模塊的反射系數曲線；再通過觀測GAL濾波器模塊的反射系數曲線來決定濾波器的階數M和迭代步長β₁、β₂；

LMS線性組合模塊中的自適應權值調整模塊有M+1個輸入，其中第一個輸入為GAL濾波器模塊的輸入，其余M個輸入對應各個單節GAL模塊輸出的后向預測誤差；自適應權值調整模塊內含M+1個權重值，GAL濾波器模塊的輸入以及每個后向預測誤差分別對應乘以一個權重值后，輸入至誤差計算模塊的一個對應的減法器；

所述誤差計算模塊內含M+1個減法器，每個減法器將上一級減法器的輸出與本級減法器的輸入相減，得到的差值作為本級減法器的輸出；其中，第一級減法器將自適應格型濾波器的期望輸出d(n)與GAL濾波器模塊的輸入與權重值之積相減，求得第一級誤差；

本發明的自適應格型濾波器的實際輸出為d(n)與第M+1級減法器輸出的差值；

每一級減法器輸出的表達式為em(n)=d(n)-w0(n)b0(n);m=0em-1(n)-wm(n)bm(n);m=1,2,3,K,M;]]>

將GAL濾波器模塊的輸入及各個單節GAL模塊的后向預測誤差分別作為步長調整模塊的輸入，每個輸入對應的可變步長的表達式為：其中n＝1,2K,N，N為自適應格型濾波器輸入信號值的總個數，μ_m(n)為步長調整模塊中第m個單節GAL模塊的后向預測誤差對應的可變步長，μ₀(n)為GAL濾波器模塊的輸入對應的可變步長；μ為給定的調整權重值的迭代步長，γ為防止輸入為0或過小而引入的正數；M+1個可變步長分別對M+1個權重值進行調整：w(n+1)＝w(n)+2μ_m(n)e_m(n)b(n)，其中w(n)＝{w₀(n),w₁(n),...,w_M(n)}^T為自適應權值調整模塊中的權重值向量，b(n)＝{b₀(n),b₁(n),...,b_M(n)}^T為自適應權值調整模塊的輸入向量，b₀(n)為GAL濾波器模塊的輸入，b₁(n),...,b_M(n)為M個輸入對應各個單節GAL模塊輸出的后向預測誤差。