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方程误差结构形式自适应IIR滤波器

2-2为方程误差自适应IIR滤波器的结构框图,其差分方程表示式如式(2-1),可以看出,它被描述为非递归差分方程形式:

                           wps_clip_image-7401               (2-1

显然,这里都是待调整的系数,下标表示方程误差法以区别输出误差方法。

从下图中可以看出,这是由两个输入单个输出组成的滤波器。两个输入为样本输入wps_clip_image-15652和期望输入wps_clip_image-28554,输出样本没有反馈回输入端。所以,输出wps_clip_image-15111是系数的线性函数,这大大简化了梯度类算法,因为wps_clip_image-7351,wps_clip_image-9886不是系数的函数,则wps_clip_image-18866对系数的导数是非递归的,且易于计算。

wps_clip_image-29965                             图2-2    方程误差结构形式

利用延迟算子,式(2-1)可重新表述成更方便的形式:

                 wps_clip_image-28779                        (2-2

式中,多项式表示时变滤波器,且有:

                    wps_clip_image-5230wps_clip_image-31421                     (2-3)

                      wps_clip_image-21177wps_clip_image-25660                  (2-4

值得是注意的是wps_clip_image-29888中求和的下界从wps_clip_image-32695开始,因此wps_clip_image-17979仅依赖于wps_clip_image-9637的延迟样本,这种形式的表示法可用于在任何瞬时发现自适应滤波器的wps_clip_image-29429零点。例如图2-2中,在每次系数更新后和系数wps_clip_image-31503被复制到逆滤波器wps_clip_image-14996之前,有必要检测wps_clip_image-15544的零点,以确定逆滤波器是否是一稳定系统。如果不是稳定系统,则应采取某种措施,如在逆滤波器形成之前将它的根投影到单位圆内等。

方程误差wps_clip_image-23458也是滤波器系数的线性函数,因此,wps_clip_image-6288的均方函数是系数的二次函数。如果数据的相关阵非奇异,仅有一个全局最小点,则在很大程度上使方程误差自适应IIR滤波器都像一个自适应FIR滤波器。而它们之间最主要的区别在于,方程误差自适应IIR滤波器把逆滤波器wps_clip_image-14259级联到wps_clip_image-12213之后,它就是一个零点极点模型,而自适应FIR滤波器因wps_clip_image-476,是一个严格的全零点模型。

方差误差自适应IIR滤波器与自适应FIR滤波器具有相似的自适应算法和相似的收敛性解,收敛速度和系数的稳定性都是由Hessian矩阵的特征值决定的。

差分方程(2-1)还可以表示成内积的矩阵形式:

                 wps_clip_image-28050                               (2-5

上式右边的系数矢量wps_clip_image-4574和信号矢量wps_clip_image-1243的长度都是wps_clip_image-2483,并分别定义为:

                wps_clip_image-10610                 (2-6

                    wps_clip_image-10324        (2-7

表达式(2-5)具有线性回归的形式,wps_clip_image-5758为对应于待估计的参数,wps_clip_image-15356称为包含测量数据的回归矢量。这样表示的结果使得可以利用数理统计中的参数估计方法来对系数wps_clip_image-10815进行优化,如用最大似然参数估计均方误差方法、最小均方误差(LMS)算法和递归最小二乘(RLS)方法等。

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