Назначение, примеры применения адаптивных фильтров: адаптивное шумоподавление, идентификация, линейное предсказание

Адаптивный фильтр – разновидность цифрового фильтра, в которой коэффициенты фильтра изменяются в соответствии с некоторым критерием. Адаптивные фильтры применяются в том случае, когда статистические параметры обрабатываемого сигнала неизвестны или меняются со временем. При этом адаптивный фильтр автоматически подстраивается под изменяющиеся условия функционирования. Примеры применения адаптивных фильтров:

1. Адаптивное шумоподавление.

На основной вход фильтра подается сигнал помехи x[k] = n₁[k], на опорный вход - сумма d [k] = s[k]+n[k] полезного сигнала и помехи n[k], коррелированной с помехой n₁[k] на основном входе. Сигналы s[k] и x[k] должны быть не коррелированны друг с другом. В процессе адаптации адаптивный алгоритм настраивает коэффициенты фильтра таким образом, чтобы сигнал y[k], полученный из сигнала x[k], имел наилучшее приближение n [ k ]. В этом случае, при сигнал ошибки , т. е. после окончания настройки ошибка фильтра будет близка к полезному сигналу.

Примеры применения АФ в режиме шумоподавления: компенсация сетевой помехи, подавление ЭКГ матери в фетальной электрокардиографии, исключение ЭКГ-артефактов из сигнала ЭМГ, подавление помех в речевых сигналах и т. д.

2. Идентификация систем

На вход неизвестной системы и адаптивного фильтра подается один и тот же сигнал. Адаптивный фильтр настраивается по минимуму среднеквадратичной ошибки таким образом, чтобы его выходной сигнал соответствовал выходному сигналу неизвестной системы. При этом передаточная функция адаптивного фильтра будет близка к передаточной функции неизвестной системы.

Примеры использования адаптивной идентификации систем: компенсация акустического эха, синтез цифровых КИХ-фильтров по эталону

3. Обратная идентификация систем

Адаптивный фильтр включается последовательно с исследуемой системой. В результате процесса адаптации сигнал на выходе адаптивного фильтра является приближением сигнала на входе неизвестной системы. При этом передаточная функция адаптивного фильтра будет близка к обратной передаточной функции неизвестной системы.

Примеры применения обратной идентификации систем: адаптивное выравнивание телефонных каналов, в системах управления для формирования сигналов управления.

4. Линейное предсказание

При линейном предсказании будущее значение входного сигнала оптимальным образом предсказывается по его прошлым значениям. При этом опорный сигнал – это входной сигнал s[k] в рассматриваемый момент времени, а входной сигнал АФ x[k] – это задержанный вход (прошлые значения s[k]). Путем настройки коэффициентов АФ стремится наиболее точным образом предсказать поведение сигнала x[k], используя значения ошибки предсказания e[k].

Применение: сокращение полосы частот речевых сообщений в мобильной связи.