[發(fā)明專利]一種基于NLMS算法的自適應濾波器的構建方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410246525.3
• 申請日: 2014-06-05
• 公開（公告）號: CN104038181B
• 公開（公告）日: 2017-05-17
• 發(fā)明（設計）人: 王翔;劉濤;董冬妮;劉陽;王李平
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: H03H21/00
• 分類號: H03H21/00
• 代理公司: 北京慧泉知識產(chǎn)權代理有限公司11232
• 代理人: 王順榮,唐愛華

技術領域

本發(fā)明涉及一種基于NLMS算法的自適應濾波器的構建方法，屬于自適應濾波技術領域，它利用自適應濾波器中步長的變化，增強其濾波性能。本發(fā)明尤其在低信噪比環(huán)境下，提高濾波系統(tǒng)的抗噪能力。

背景技術

信息是一個比較抽象的概念，它包含在消息中，是通信系統(tǒng)中傳送的對象。消息是具體的但不是物理的，例如語言、文字、符號等。信號是信息的載體，是表示消息的物理量，例如幅度、頻率和相位都可代表消息。在接收信號時，符號間干擾和噪聲(內(nèi)部熱噪聲和外部干擾)都使信號受到損傷。信號處理的核心問題是信號的表示、變換和運算，并且提取其中的特征和信息。濾波器通常用來從含有噪聲的數(shù)據(jù)中提取人們感興趣的、接近規(guī)定質(zhì)量的信息。在這種意義下，濾波方法及其理論應用諸如通信、雷達、聲納等眾多領域。

信號的分類有很多，但整體上，根據(jù)時間特征可分為連續(xù)時間信號和離散時間信號；根據(jù)幅值特征可分為幅值連續(xù)信號和幅值離散信號。時間、幅值連續(xù)信號稱為模擬信號，處理它的系統(tǒng)稱為模擬系統(tǒng)；時間、幅值離散信號稱為數(shù)字信號，處理它的系統(tǒng)稱為數(shù)字系統(tǒng)。數(shù)字濾波器具有高精度、高可靠性、可程控改變特性或復用、便于集成等優(yōu)點。數(shù)字濾波器在語言信號處理、圖像信號處理、醫(yī)學生物信號處理以及其他應用領域都得到了廣泛應用。由于電子計算機技術和大規(guī)模集成電路的發(fā)展，數(shù)字濾波器已可用計算機軟件實現(xiàn)，也可用大規(guī)模集成數(shù)字硬件實時實現(xiàn)。數(shù)字濾波器是一個離散時間系統(tǒng)(按預定的算法，將輸入離散時間信號轉(zhuǎn)換為所要求的輸出離散時間信號的特定功能裝置)。應用數(shù)字濾波器處理模擬信號時，首先須對輸入模擬信號進行限帶、抽樣和模數(shù)轉(zhuǎn)換。數(shù)字濾波器輸入信號的抽樣率應大于被處理信號帶寬的兩倍，其頻率響應具有以抽樣頻率為間隔的周期重復特性，且以折疊頻率即1/2抽樣頻率點呈鏡像對稱。為得到模擬信號，數(shù)字濾波器處理的輸出數(shù)字信號須經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換、平滑。數(shù)字濾波器具有高精度、高可靠性、可程控改變特性或復用、便于集成等優(yōu)點。數(shù)字濾波器在語言信號處理、圖像信號處理、醫(yī)學生物信號處理以及其他應用領域都得到了廣泛應用。

數(shù)字濾波器的分類方法很多。從濾波特性上可分為高通濾波器、低通濾波器、帶通濾波器、帶阻濾波器、全通濾波器等；從設計方法上可分為切比雪夫和巴特沃斯；從實現(xiàn)的網(wǎng)絡結構或單位抽樣響應分為有限脈沖響應濾波器(FIR濾波器)和無限脈沖響應濾波器(IIR濾波器)；從結構實現(xiàn)形式上可分為橫向濾波器和格型濾波器；按選擇的物理量可分為頻率選擇、幅度選擇、時間選擇和信息選擇等四類濾波器；而從總體上即從如何處理信號方面可分為經(jīng)典濾波器和現(xiàn)代濾波器。經(jīng)典濾波器是根據(jù)傅里葉分析和變換提出的一個工程概念，就是根據(jù)傅里葉分析和變換設計出來的，只允許一定頻率范圍內(nèi)的信號成分正常通過，而阻止另一部分頻率成分通過的電子裝置。比如：低通，高通等濾波器，當輸入信號中含有干擾，且信號和干擾的頻帶互不重疊時，可通過選頻濾除干擾得到純信號。而現(xiàn)代濾波器是建立在隨機信號處理理論的基礎上，利用隨機信號內(nèi)部的統(tǒng)計特性對信號進行濾波、檢測或估值等，例如維納濾波器、卡爾曼濾波器、匹配濾波器和自適應濾波器等。維納濾波器(Wiener filter)是由數(shù)學家維納(Rorbert Wiener)提出的一種以最小平方為最優(yōu)準則的線性濾波器。維納濾波器又被稱為最小二乘濾波器或最小平方濾波器，是現(xiàn)代濾波器中的一種最基本濾波器，它只適用于平穩(wěn)環(huán)境下，利用輸入信號的自相關函數(shù)和互相關函數(shù)去計算線性濾波器的最佳沖擊響應，使得輸出波形作為輸入波形的估計，其均方誤差達到最小。卡爾曼濾波器則是在平穩(wěn)及非平穩(wěn)環(huán)境下利用基于狀態(tài)空間的最佳線性遞推方法來實現(xiàn)濾波。它通過己知的狀態(tài)方程和量測方程利獲得當前一個估計值和最近一個觀測值進而來估計信號的當前值。匹配濾波器是指在白噪聲背景下，當濾波器的性能與信號的特性取得某種一致時(濾波器的傳輸特性與輸入信號頻譜的復共扼一致)，使得濾波器輸出端的信號瞬時功率與噪聲平均功率的比值(輸出信噪比)最大。即當信號與噪聲同時進入濾波器時，它使信號成分在某一瞬間出現(xiàn)尖峰值，而噪聲成分受到抑制。一種匹配濾波器只能對特定的輸入信號進行濾波。匹配濾波器具有時延適應性，不具有頻移適應性，它不能用于波形估計的場合。目前匹配濾波器是信號檢測領域的研究熱點之一，它主要用來在含有噪聲的信號中發(fā)現(xiàn)目標回波。