[發明專利]一種工程中盲源混合信號的加速分離方法

在審

• 申請號: 201710865713.8
• 申請日: 2017-09-22
• 公開（公告）號: CN107622242A
• 公開（公告）日: 2018-01-23
• 發明（設計）人: 陳國欽;陳以勤;詹仁輝
• 申請（專利權）人: 福建師范大學福清分校
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06K9/62;G10L21/0272;G10L21/028;G10L21/0308
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司35100
• 代理人: 蔡學俊

技術領域

本發明屬于盲源信號分離的處理技術，涉及通過實驗建立可行的工程參數前提下的一種工程中盲源混合信號的加速分離方法，特別是一種基于分離信號峭度累積量比例微分控制的變步長加速分離過程的數字信號處理方法，所涉及唯一的工程參數，可在明確取值范圍內任選，具有工程使用價值。

背景技術

獨立分量分析是當前盲信源分離的主流方法.已經有很多有效的算法,這些算法的形式不同，它們都可以歸類于LMS(Least Mean Square)型算法。這些算法都存在一個學習率參數的優選問題，如何提高算法的收斂速度和改進算法的穩態性能一直是盲源分離研究的熱點之一。目前一致的觀點是必須找到一種有效的變步長學習率，并且該變步長必須與分離狀態緊密一致時，才能達到有效加速。有些算法在初始步長基礎上構建了變步長學習率，雖然也達到加速目的，但人為添加過多參數，不利于工程的實際使用。

在自動化PID算法中，利用預設值和輸出反饋值間的差值，比例項P是把調節器的輸入偏差乘以一個系數，作為調節器的輸出；加大比例值可以減少從非穩態到穩態的時間。積分項I部分其實就是對預設值和反饋值之間的差值在時間上進行累加；當累加到一定值時，再進行處理，避免了振蕩，但調節存在明顯的滯后。微分項D是根據差值變化的速率，提前給出相應的調節動作；它能預測誤差的變化趨勢，超前給出調整。

在盲源分離算法中，峭度累積值隨分離程度提高而增大，達到完全分離時的穩定值相當于預設值，而分離過程的峭度累積值相當于輸出反饋。因為不同類型的信號具有不同的固有峭度值，混合信號在達到完全分離時，每個信號將達到其固有的峭度值(實際情形是達到一個很小穩定誤差下分離時的峭度值)，則各個分離信號峭度的累積量也就達到了穩定值；不同的信號混合，其達到的穩定值將不一樣，那么，該自然隱性固有存在的穩定值即為本方法的預設值。并且注意到分離信號的峭度累積量是由小到大直至穩定的單向變化過程，而變步長的目的是為了穩定地加速這個過程。

因此，本發明利用分離信號峭度值構成PD(Proportion Differentiation)控制的變步長學習率，則可以在比例作用基礎上，給出一個提前預測調節，那么由于它與分離程度緊密相關，則既可加快分離速度又兼顧達到穩定串音誤差，從而達到完全分離。并且基于比例微分控制的變步長算法本身揭示的是分離過程可遵循的一個潛在規律，而計算中涉及的取值參數α(α>0)與所取初始步長η₀，通過實驗分離達到最好情況下，得到的兩者數據，通過進行一元非線性擬合獲得α＝f(η₀)(在一定的η₀取值范圍)，有很好的吻合度。由此說明在η₀值一定取值范圍，α和η₀值的關系也一定程度是構成完全自適應變步長算法的一個可行潛在規則。

發明內容

本發明的目的在于提供一種工程中盲源混合信號的加速分離方法，該方法能夠解決上述固定步長自然梯度算法盲源信號分離方法所存在的不足，提高算法的收斂速度和改進算法的穩態性能的信號處理方法。

為實現上述目的，本發明的技術方案是：一種工程中盲源混合信號的加速分離方法，包括如下步驟，

S1、計算盲源混合信號的初始分離矩陣：

選擇初始步長值η₀，選擇初始變換矩陣W₀，其中，W₀為單位矩陣0.1*I，，以式(1)計算初始變換矩陣W₁：

其中，η_k為變步長學習率，為非線性函數向量，W_k、W_k+1分別為第k、k+1次迭代的變換矩陣；

S2、計算新的分離矩陣和輸出信號：

不同類型的信號具有不同的固有峭度值，根據兩次迭代之間的相關分離信號峭度累積值J_all(k)，分析獲得對下次迭代運算的影響，是一種離散的過程，峭度累積值不斷變大的過程，反映的是分離輸出峭度累積值與預設值越來越小的偏差，而以該偏差信息的一階后向差分則可近似代替微分，計算預測加速的變步長值；

若兩次迭代之間的步長表示為△K，并取△K等于初始步長值η₀，則在兩次迭代之間，預設值與輸出值的誤差e(k)和誤差變化速率可近似用式(2)、(3)作為替代，反映比例和微分的變化：