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DSP自适应滤波算法的实现
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2024-04-05
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自适应滤波算法的实现(CCS软件仿真代码以及DSP报告)
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DSP 课程实习报告
实习题目:自适应滤波算法的实现
专业:电子信息工程
班级:
学号:
姓名:
指导老师:
地点: 1401
实习时间:2018.6.25—2018.7.6
目录
目录 ...............................................................................................................................................- 0 -
二、 设计背景 .............................................................................................................................- 0 -
三、 原理分析 .............................................................................................................................- 1 -
1、FIR 滤波器设计 ..............................................................................................................- 1 -
2、 自适应滤波器 ...............................................................................................................- 2 -
3、LMS(最小均方误差)自适应算法 ...............................................................................- 4 -
四、方案设计 ...............................................................................................................................- 6 -
五、实习步骤 ...............................................................................................................................- 8 -
六、仿真结果及结果分析 .........................................................................................................- 11 -
七、实习心得 .............................................................................................................................- 13 -
八、参考文献 .............................................................................................................................- 13 -
九、教师评语 .............................................................................................................................- 14 -
附录 .............................................................................................................................................- 15 -
- 1 -
- 1 -
一、 实习目的与要求
目的:
1、学习掌握自适应数字滤波器的原理和算法实现。
2、掌握 LMS(最小均方误差)自适应算法及其实现。
3、了解自适应数字滤波器的程序设计方法。
要求:
1、CCS 环境熟练应用。
2、通过 LMS 算法设计自适应滤波器,观察输入 x(n)与输出 y(n)及误差 e(n)的
关系。
3、设置图形显示窗口,分析实验结果。
二、 设计背景
自适应滤波是近年以来发展起来的一种最佳滤波方法,它是在维纳滤波,
Kalman 滤波等线性滤波基础上发展起来的一种最佳滤波方法。自适应信号处理
主要是研究结构可变或可调整的系统,它可以通过自身与外界环境的接触来改变
自身对信号处理的性能。自适应信号处理主要应用于通信、雷达、声纳、地震、
导航、生物医学和工业控制等领域。
由于设计简单、性能最佳,自适应滤波器是目前数字滤波器领域最活跃的分
支,也是数字滤波器研究的热点。主要自适应滤波器有:递推最小二乘(RLS)
滤波器、最小均方差(LMS)滤波器、格型滤波器、无限冲击响应(IIR)滤波器。
其中 LMS 滤波器和 RLS 滤波器具有稳定的自适应行为且算法简单,收敛性能良好。
自适应滤波器具有很强的自学习、自追踪能力和算法的简单易实现性,它在
噪化信号的检测增强,噪声干扰的抵消,通信系统发热自适应均衡,图像的自适
应增强复原以及未知系统的自适应参数辨识等方面都有广泛的应用。其主要有系
统辨识、逆模型、预测和干扰消除基本应用类型。
所谓自适应,就是说滤波的系数,可以自己去自动的适应当前时刻的一些信
号特征,适应所处环境的一些变化。通俗的说,就是它的系数可以随着环境的变
化而变化,以达到更好的滤波效果。这种变化是它自己完成的,所以叫自适应。
与维纳滤波器不同的是,自适应滤波器多了反馈回路。
三、原理分析
- 2 -
- 2 -
1、FIR 滤波器设计
设 h(n),n=0,1,2,…,N-1 为滤波器的冲击响应,输入信号为 x(n),则 FIR
滤波器就是实现下列差分方程:
�
�
�
��
1
0
)()()(
N
i
inxihny
(3.1.1)
式中,y(n)为输出信号,即经过滤波器之后的信号:N 为滤波器阶数。FIR
滤波器的最主要的特点是没有反馈回路,因此是无条件稳定系统,其单位脉冲响
应 h(n)是一个有限长序列。由式(1)可见,FIR 滤波器算法实际上是一种乘法
累加运算。不断地输入样本 x(n),经延时(
1�
z
)作乘法累积,再输出滤波结果 Y(n)
对差分方程进行 Z 变换,整理后可得 FIR 滤波器的传递函数为
�
�
�
�
�
1
0
1
)()(
N
i
zihzH
(3.1.2)
FIR 滤波器的一般结构图:如下图
图 3-1 FIR 滤波器结构图
其中,X(n)=[x(n),x(n-1,...,x(n-N+1))]为自适应滤波器的输入矢量;
W(n)=[w0(n),w1(n),...,wn-1(n)]
t
为系统的权系数矢量;N 为滤波器的阶数;
T 为矩转置符。由表达式看出输出是两矢量的内积。
2、 自适应滤波器
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