[发明专利]快速收敛的样条自适应滤波方法

说明书

本发明公开了一种快速收敛的样条自适应滤波方法，方法包括以下步骤：样条自适应滤波器滤波输入数据，记录每个输入数据对应的样条插值区间索引并得到滤波输出，数据仓库包括与样条插值区间个数相等的子仓库，每个子仓库实时储存属于对应样条插值区间的若干个最新数据，所述最新数据包括输入数据和期望输出数据，根据当前时刻的样条自适应滤波器参数对当前时刻数据所属样条区间内的所有历史数据进行滤波，得到所有历史数据的滤波输出，根据子仓库中存储的期望输出数据和所述历史数据的滤波输出数据，得到子仓库中每个历史数据的滤波误差，根据子仓库中所有数据的所述滤波误差，基于梯度下降对滤波器参数进行自适应更新，然后重复第一步骤循环迭代。

技术领域

本发明属于自适应滤波技术领域，特别是一种快速收敛的样条自适应滤波方法。

背景技术

自适应滤波器是实时信号处理的一种重要方法，在噪声抑制、信道均衡、振动主动控制等领域具有重要应用。相比于传统的线性滤波方法，非线性滤波器能够更好地处理实际系统中的非线性特性，具有更精确的滤波效果和更广泛的应用能力。样条自适应滤波器是一种简单且灵活的非线性自适应滤波器，通过自适应样条插值点对非线性特性进行拟合，是一种非常有效的非线性自适应滤波方法。由于样条插值点的自适应是通过已知数据点对样条曲线进行拟合的过程，传统的样条自适应滤波器在每一个自适应周期内是通过单个数据点对样条曲线进行拟合的，这样导致样条曲线收敛速度较慢。由于实际应用中对自适应滤波器的实时性要求较高，因此，迫切需要一种收敛速度更快的样条自适应滤波器。

在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

发明内容

为了解决传统样条自适应滤波器收敛速度较慢的问题，本发明提供了一种快速收敛的样条自适应滤波器。通过对每个样条插值区间存储历史输入输出数据，在每个自适应周期中利用单个区间内的历史数据对滤波器参数进行自适应，从而提高滤波器的收敛速度。

本发明的目的是通过以下技术方案予以实现，一种快速收敛的样条自适应滤波方法包括以下步骤：

第一步骤中，样条自适应滤波器滤波输入数据，记录每个输入数据对应的样条插值区间索引并得到滤波输出，

第二步骤中，数据仓库包括与样条插值区间个数相等的子仓库，每个子仓库实时储存属于对应样条插值区间的若干个最新数据，所述最新数据包括输入数据和期望输出数据，

第三步骤中，根据当前时刻的样条自适应滤波器参数对当前时刻数据所属样条区间内的所有历史数据进行滤波，得到所有历史数据的滤波输出，

第四步骤中，根据子仓库中存储的期望输出数据和所述历史数据的滤波输出数据，得到子仓库中每个历史数据的滤波误差，

第五步骤中，根据子仓库中所有数据的所述滤波误差，基于梯度下降对滤波器参数进行自适应更新，然后重复第一步骤循环迭代。

所述的方法中，第一步骤中，样条自适应滤波器包括线性自适应FIR滤波器和非线性自适应样条插值器，FIR滤波器长度为M，权向量为w(n)＝[w₀，w₁，...，w_M-1]^T，样条插值器由N+1个插值点组成N个插值区间，插值点的横、纵坐标向量分别为和在n时刻，滤波器输入数据为x(n)，线性FIR滤波输出数据为s(n)，滤波器输出数据为y(n)，期望输出数据为d(n)，上标T表示向量的转置，粗体变量为向量。