毛熙濤　彭森

摘 要：本文從自適應(yīng)濾波器的基本原理、算法及設(shè)計(jì)方法入手，其中自適應(yīng)濾波器的算法是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心。本設(shè)計(jì)采用改進(jìn)的LMS算法設(shè)計(jì)FIR結(jié)構(gòu)自適應(yīng)濾波器，并采用MATLAB進(jìn)行仿真，最后用DSP實(shí)現(xiàn)了自適應(yīng)濾波器。

關(guān)鍵詞：DSP（數(shù)字信號(hào)處理器）；自適應(yīng)濾波器；LMS算法；FIR結(jié)構(gòu)濾波器

1.引言

濾波是電子信息處理領(lǐng)域的一種最基本而又極其重要的技術(shù)。在有用信號(hào)的傳輸過(guò)程中，通常會(huì)受到噪聲或干擾的污染。利用濾波技術(shù)可以從復(fù)雜的信號(hào)中提取所需要的信號(hào)，同時(shí)抑制噪聲或干擾信號(hào)，以便更有效地利用原始信號(hào)。濾波器實(shí)際上是一種選頻系統(tǒng)，它對(duì)某些頻率的信號(hào)予以很小的衰減，讓該部分信號(hào)順利通過(guò)；而對(duì)其他不需要的頻率信號(hào)則予以很大的衰減，盡可能阻止這些信號(hào)通過(guò)。在電子系統(tǒng)中濾波器是一種基本的單元電路，使用很多，技術(shù)也較為復(fù)雜，有時(shí)濾波器的優(yōu)劣直接決定產(chǎn)品的性能，所以很多國(guó)家非常重視濾波器的理論研究和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。

2.工作原理

所謂的自適應(yīng)濾波，就是利用前一時(shí)刻以獲得的濾波器參數(shù)的結(jié)果，自動(dòng)的調(diào)節(jié)現(xiàn)時(shí)刻的濾波器參數(shù)，以適應(yīng)信號(hào)和噪聲未知的或隨時(shí)間變化的統(tǒng)計(jì)特性，從而實(shí)現(xiàn)最優(yōu)濾波。自適應(yīng)濾波器實(shí)質(zhì)上就是一種能調(diào)節(jié)其自身傳輸特性以達(dá)到最優(yōu)的維納濾波器。自適應(yīng)濾波器不需要關(guān)于輸入信號(hào)的先驗(yàn)知識(shí)，計(jì)算量小，特別適用于實(shí)時(shí)處理。由于無(wú)法預(yù)先知道信號(hào)和噪聲的特性或者它們是隨時(shí)間變化的，僅僅用FIR和II種具有固定濾波系數(shù)的濾波器無(wú)法實(shí)現(xiàn)最優(yōu)濾波。在這種情況下，必須設(shè)計(jì)自適應(yīng)濾波器，以跟蹤信號(hào)和噪聲的變化。自適應(yīng)濾波器的特性變化是由自適應(yīng)算法通過(guò)調(diào)整濾波器系數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。一般而言，自適應(yīng)濾波器由兩部分組成，一是濾波器結(jié)構(gòu)，二是調(diào)整濾波器系數(shù)的自適應(yīng)算法。自適應(yīng)濾波器的結(jié)構(gòu)采用FIR或IIR結(jié)構(gòu)均可，由于IIR濾波器存在穩(wěn)定性問(wèn)題，因此一般采用FIR濾波器作為自適應(yīng)濾波器的結(jié)構(gòu)。圖1給出了自適應(yīng)濾波器的一般結(jié)構(gòu)。

4.結(jié)論

自適應(yīng)濾波技術(shù)的核心問(wèn)題是自適應(yīng)算法的性能問(wèn)題，研究自適應(yīng)算法是自適應(yīng)濾波器的一個(gè)關(guān)鍵內(nèi)容，算法的特性直接影響濾波器的效果。介紹了兩種基本的自適應(yīng)算法：最小均方（LMS）算法及遞歸最小二乘（RLS）算法，并就這兩種基本算法的特點(diǎn)進(jìn)行了比較，運(yùn)用MATLAB對(duì)采用了LMS自適應(yīng)算法的自適應(yīng)濾波器進(jìn)行了仿真，通過(guò)分析仿真結(jié)果，驗(yàn)證了算法的可行性。同時(shí)，在DSP上實(shí)現(xiàn)了對(duì)含噪信號(hào)的頻率跟蹤。在實(shí)際中，自適應(yīng)濾波器的應(yīng)用比較復(fù)雜，包括維納濾波和卡爾曼濾波都是基于改變參數(shù)的濾波方法，修改參數(shù)的原則一般采用均方最小原則，修改參數(shù)的目的就是使得誤差信號(hào)盡量接近于0。傳統(tǒng)的濾波方法總是設(shè)計(jì)較精確的參數(shù)，盡量精確地對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，傳統(tǒng)濾波方法適用于穩(wěn)定的信號(hào)，而自適應(yīng)濾波器可以根據(jù)信號(hào)隨時(shí)修改濾波參數(shù)，達(dá)到動(dòng)態(tài)跟蹤的效果。

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作者簡(jiǎn)介

毛熙濤（1994-），邵陽(yáng)學(xué)院電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生。

通訊作者

彭森（1983-），邵陽(yáng)學(xué)院信息工程系教師。