【正文】 究 學院（系）： 里仁學院 年級專業(yè)： 05通信工程4班 學生姓名： 郭斌 指導教師： 崔冬 完成日期： 2009年3月15日 一、 國內(nèi)外研究動態(tài)，選題的依據(jù)和意義自適應(yīng)濾波是近30年以來發(fā)展起來的一種最佳濾波方法。30年以來，自適應(yīng)信號處理一直都是研究的熱點。但是知道上世紀80年代，其研究和應(yīng)用才取得了重大進展。其原因有兩點，一是實現(xiàn)工具不斷實用化，二是出現(xiàn)的早期教材系統(tǒng)地對該問題進行了闡述。最近，在自適應(yīng)濾波領(lǐng)域，新的研究成果不斷涌現(xiàn)。自從Windrow等人提出自適應(yīng)信號處理方法以后，自適應(yīng)技術(shù)就廣泛應(yīng)用在通信，雷達，聲納，地震學，自動化，機械設(shè)計，導航系統(tǒng)與生物醫(yī)學，電子學等幾乎所有領(lǐng)域。自適應(yīng)處理器是工作在閉環(huán)(反饋)狀態(tài)。輸入信號通過可編程濾波器濾波或加權(quán)后產(chǎn)生一個輸出，然后它與期望的參考或訓練信號進行比較，形成誤差信號。接著，用這一誤差信號來修正可編程濾波器的權(quán)系數(shù)(通常用迭代方法來實現(xiàn))，最終使這一誤差逐漸達到最小值(也就是使處理器的輸出更逼近于訓練信號)。這種自適應(yīng)處理器可劃分成自適應(yīng)濾波器和自適應(yīng)天線兩大類。自適應(yīng)濾波器就是利用前一時刻已獲得的濾波器系數(shù)等結(jié)果，自動地調(diào)節(jié)現(xiàn)時刻的濾波器系數(shù)，以適應(yīng)信號和噪聲未知的或隨時間變化的統(tǒng)計特性，從而實現(xiàn)最優(yōu)濾波。自適應(yīng)濾波器通常由兩個不同的部分構(gòu)成：濾波器部分，其結(jié)構(gòu)適合于完成所需要的處理功能。自適應(yīng)算法部分。用來調(diào)整上述濾波器的系數(shù)。,繼而給出了狀態(tài)向量估值的數(shù)學期望和均方誤差,自適應(yīng)因子能夠控制狀態(tài)異常對狀態(tài)估值和均方誤差的影響。自適應(yīng)濾波的研究對象是具有不確定的系統(tǒng)或信息過程?！安淮_定”是指所研究的處理信息過程及其環(huán)境的數(shù)學模型不是完全確定的。其中包含一些未知引述和隨機因數(shù)。可見，自適應(yīng)濾波算法的研究與實際狀況有著密不可分的關(guān)系，具有重要的意義。二、 研究的基本內(nèi)容和擬解決的問題研究目前已經(jīng)有的自適應(yīng)濾波算法(LMS自適應(yīng)濾波算法，RLS自適應(yīng)濾波算法，變換域自適應(yīng)濾波算法等)進行研究和比較。LMS算法是由Widrow和Hoff提出的最小均方誤差算法，由于其計算量小和易于實現(xiàn)等優(yōu)點成為實踐中被廣泛應(yīng)用的，也是我們拓展研究的重點。RLS算法計算復雜度高，所需的存儲量極大，至此我們把如何減小它的計算復雜度和保留它的收斂速度快的特點做為研究和探索的重點。其次對衡量自適應(yīng)濾波的三個重要的技術(shù)指標之一初始收斂速度、時便系統(tǒng)跟蹤能力及穩(wěn)態(tài)失調(diào)進行分析和研究。對LMS自適應(yīng)濾波算法和RLS自適應(yīng)濾波算法進行詳細的說明和研究再次有些擾動和噪聲的統(tǒng)計特性常常是未知的。面對這些客觀存在的各種確定性，如何綜合處理信息過程，并使某一些指定的性能指標達到最優(yōu)或近似最優(yōu)，這就是自適應(yīng)濾波所要解決的問題。本文在論述自適應(yīng)濾波原理的基礎(chǔ)上介紹了幾種自適應(yīng)濾波算法及其應(yīng)用。三、 研究步驟，方法及措施（1） 通過閱讀大量的文獻對自適應(yīng)濾波概念及原理有所了解。（2） 對目前已經(jīng)有的自適應(yīng)濾波算法進行學習分析。(LMS自適應(yīng)濾波算法，RLS自適應(yīng)濾波算法。)（3） 對衡量自適應(yīng)濾波的三個重要的技術(shù)指標之一初始收斂速度、時便系統(tǒng)跟蹤能力及穩(wěn)態(tài)失調(diào)進行分析和研究。對LMS自適應(yīng)濾波算法和RLS自適應(yīng)濾波算法進行詳細的說明和研究。（4） 學習并掌握常用的仿真語言MATLAB（5） 對幾種算法穩(wěn)定性進行計算機仿真。四、 研究工作進度（1） 第1～4周 查找參考書熟悉課題內(nèi)容，收集資料，確定設(shè)計思路。（2） 第5～8周 學習Matlab語言，理解和熟悉設(shè)計中使用的算法。（3） 第9～12周 編制程序并上機進行調(diào)試，以及對軟件進行優(yōu)化。（4） 第13～14周 試驗結(jié)果，整理及其總結(jié)。（5） 第15～17周 課題總結(jié)，撰寫論文，答辯。五、 主要參考文獻［1］劉郁林等譯. 自適應(yīng)濾波算法與實現(xiàn). 電子工業(yè)出版社，2004年［2］張賢達. 現(xiàn)代信號處理. 清華大學出版社，1995年［3］沈福民. 自適應(yīng)信號處理. 西安電子科技大學出版社，2001年［4］潘士先. 譜估計和自適應(yīng)濾波. 北京航空航天大學出版社，1985年［5］陳克安. 自適應(yīng)有源噪聲控制—原理，算法及實現(xiàn). 西北工業(yè)大學出版社，1993年［6］葉華, 吳伯修. 變步長自適應(yīng)濾波算法的研究[J],電子學報, 1990, 18(4)：6369 ［7］Raymond Kwong H, Edward Johnston. W. A variable step size LMS algorithm [ J ]. IEEE Trans. Signal Processing, 1992, SP 40 (7) : 163316421［8］Haykin S, et a ive filtering theory[M ] 119851六、指導教師意見 指導教師簽字： 年 月 日七、系級教學單位審核意見：審查結(jié)果： □ 通過 □ 完善后通過 □ 未通過 負責人簽字： 年 月 日附錄2燕 山 大 學本科畢業(yè)設(shè)計（論文）文獻綜述課題名稱： 自適應(yīng)濾波算法的研究學院（系）： 里仁學院 年級專業(yè)： 05通信工程4班 學生姓名： 郭斌 指導教師： 崔冬 完成日期： 2009年4月1日 一、課題國內(nèi)外現(xiàn)狀：最早人們根據(jù)生物能以各種有效的方式適應(yīng)生存環(huán)境從而使生命力變強的特性引伸出自適應(yīng)這個概念。自適應(yīng)濾波器屬于現(xiàn)代濾波器的范疇，它是40年代發(fā)展起來的自適應(yīng)信號處理領(lǐng)域的一個重要應(yīng)用。60年代，從而奠定自適應(yīng)濾波器的發(fā)展。所謂自適應(yīng)濾波器，即利用前一時刻已獲得的濾波器參數(shù)等結(jié)果，自動地調(diào)節(jié)現(xiàn)時刻的濾波器參數(shù)，以適應(yīng)信號與噪聲未知的或隨時間變化的統(tǒng)計特性，從而實現(xiàn)最優(yōu)濾波。自適應(yīng)信號處理主要是研究結(jié)構(gòu)可變或可調(diào)整的系統(tǒng)，它可以通過自身與外界環(huán)境的接觸來改善自身對信號處理的性能。通常這類系統(tǒng)是時變的非線性系統(tǒng)，可以自動適應(yīng)信號傳輸?shù)沫h(huán)境和要求，無須詳細知道信號的結(jié)構(gòu)和實際知識，無須精確設(shè)計處理系統(tǒng)本身。自適應(yīng)系統(tǒng)的非線性特性主要是由系統(tǒng)對不同的信號環(huán)境實現(xiàn)自身參數(shù)的調(diào)整來確定的。自適應(yīng)系統(tǒng)的時變特性主要是由其自適應(yīng)響應(yīng)或自適應(yīng)學習過程來確定的，當自適應(yīng)過程結(jié)束和系統(tǒng)不再進行時，有一類自適應(yīng)系統(tǒng)可成為線性系統(tǒng)，并稱為線性自適應(yīng)系統(tǒng)，因為這類系統(tǒng)便于設(shè)計且易于數(shù)學處理，所以實際應(yīng)用廣泛。本文研究的自適應(yīng)濾波器就是這類濾波器。自適應(yīng)信號處理的應(yīng)用領(lǐng)域包括通信、雷達、聲納、地震學、導航系統(tǒng)、生物醫(yī)學和工業(yè)控制等[3]自適應(yīng)濾波器出現(xiàn)以后，發(fā)展很快。由于設(shè)計簡單、性能最佳，自適應(yīng)濾波器是目前數(shù)字濾波器領(lǐng)域是活躍的分支，也是數(shù)字濾波器研究的熱點。主要自適應(yīng)濾波器有：遞推最小二乘(RLS)濾波器、最小均方差(LMS)濾波器、格型濾波器、無限沖激響應(yīng)(IIR)濾波器。其中LMS濾波器和RLS濾波器具有穩(wěn)定的自適應(yīng)行為而且算法簡單，收斂性能良好。二、研究主要成果：自適應(yīng)濾波器具有很強的自學習、自跟蹤能力和算法的簡單易實現(xiàn)性，它在噪化信號的檢測增強，噪聲干擾的抵消，通信系統(tǒng)的自適應(yīng)均衡，圖象的自適應(yīng)增強復原以及未知系統(tǒng)的自適應(yīng)參數(shù)辯識等方面都有廣泛的應(yīng)用。現(xiàn)階段通過對自適應(yīng)濾波器的研究，發(fā)現(xiàn)其主要有以下4種基本應(yīng)用類型：第一，系統(tǒng)辨識：這時參考信號就是未知系統(tǒng)的輸出，當誤差最小時，此時自適應(yīng)濾波器就與未知系統(tǒng)具有相近的特性，自適應(yīng)濾波器用來提供一個在某種意義上能夠最好擬合未知裝置的線性模型。第二，逆模型：在這類應(yīng)用中，自適應(yīng)濾波器的作用是提供一個逆模型，該模型可在某種意義上最好擬合未知噪聲裝置。理想地，在線性系統(tǒng)的情況下，該逆模型具有等于未知裝置轉(zhuǎn)移函數(shù)倒數(shù)的轉(zhuǎn)移函數(shù)，使得二者的組合構(gòu)成一個理想的傳輸媒介。該系統(tǒng)輸入的延遲構(gòu)成自適應(yīng)濾波器的期望響應(yīng)。在某些應(yīng)用中，該系統(tǒng)輸入不加延遲地用做期望響應(yīng)。第三，預(yù)測：在這類應(yīng)用中，自適應(yīng)濾波器的作用是對隨機信號的當前值提供某種意義上的一個最好預(yù)測。于是，信號的當前值用作自適應(yīng)濾波器的期望響應(yīng)。信號的過去值加到濾波器的輸入端。取決于感興趣的應(yīng)用，自適應(yīng)濾波器的輸出或估計誤差均可作為系統(tǒng)的輸出。在第一種情況下，系統(tǒng)作為一個預(yù)測器；而在后一種情況下，系統(tǒng)作為預(yù)測誤差濾波器。第四，干擾消除：在一類應(yīng)用中，自適應(yīng)濾波器以某種意義上的最優(yōu)化方式消除包含在基本信號中的未知干擾?；拘盘栍米髯赃m應(yīng)濾波器的期望響應(yīng)，參考信號用作濾波器的輸入。參考信號來自定位的某一傳感器或一組傳感器，并以承載新息的信號是微弱的或基本不可預(yù)測的方式，供給基本信號上。三、發(fā)展趨勢：自適應(yīng)信號處理的應(yīng)用領(lǐng)域包括通信、雷達、聲納、地震學、導航系統(tǒng)、生物醫(yī)學和工業(yè)控制等，所以自適應(yīng)濾波算法是自適應(yīng)濾波處理技術(shù)中的關(guān)鍵部分，它不僅決定了算法的收斂速度，還決定了算法軟件實現(xiàn)的復雜度。因此，找到一種真正快速收斂且性能優(yōu)良的自適應(yīng)濾波算法是自適應(yīng)濾波器在廣泛應(yīng)用技術(shù)研究的關(guān)鍵。在現(xiàn)有算法的基礎(chǔ)上開發(fā)和研究性能優(yōu)越的自適應(yīng)波束形成算法成為主要的發(fā)展趨勢。也將主導自適應(yīng)濾波器向更廣闊的領(lǐng)域發(fā)展。四、存在問題：自適應(yīng)濾波算法是自適應(yīng)濾波處理中極其重要的一環(huán)，它的選擇不僅決定了算法的收斂速度，還決定了算法軟、硬件件實現(xiàn)的復雜度。這也就決定了找到一種合適的，真正的快速收斂且性能優(yōu)良的自適應(yīng)濾波算法是非常重要的。課題開發(fā)存在的主要問題全都在自適應(yīng)濾波算法的性能上，而衡量性能的主要因素包括：算法的收斂速度，算法的跟蹤性能，算法的穩(wěn)健性，算法的計算復雜度等方面來體現(xiàn)，但目前的算法在性能上已經(jīng)大有改進，但仍舊不能從根本上解決還好這幾個主要因素的關(guān)系，使之在一定的條件下都能向好的方向發(fā)展。比如固定步長的LMS自適應(yīng)算法在收斂速率、跟蹤速率及權(quán)失調(diào)噪聲之間的要求是相互矛盾的。為了克服這一缺點，人們研究出了各種各樣的變步長LMS的改進算法。盡管各種改進算法的原理不同，但變步長LMS自適應(yīng)算法基本上遵循如下調(diào)整原則:即在初始收斂階段或未知系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化時，步長應(yīng)比較大，以便有較快的收斂速度或?qū)r變系統(tǒng)的跟蹤速度，而在算法收斂后，不管主輸人端干擾信號有多大，都應(yīng)保持很小的調(diào)整步長以達到很小的穩(wěn)態(tài)失調(diào)噪聲。五、主要參考文獻：1 高鷹. 一種基于最小二乘準則的自適應(yīng)濾波算法. 廣州大學學報，2001，15(2)：32~342 潘士先. 譜估計和自適應(yīng)濾波. 北京：北京航空航天大學出版社，1985，23~283 沈福民. 自適應(yīng)信號處理. 西安：西安電子科技大學出版社，2001，9~124 龔耀寰. 自適應(yīng)濾波器. 北京：電子工業(yè)出版社，1989，45~475 韓曾晉. 自適應(yīng)控制系統(tǒng). 北京：機械工業(yè)出版社，1983，69~736 王敏強. 變步長自適應(yīng)濾波算法的研究. 電子學報，1990，18(4)：13~157 Paulo ：電子工業(yè)出版社，2004，5~78 胡貴龍，鄭寶玉. 一種新的可變步長LMS自適應(yīng)濾波算法. 南京郵電學院學報，2003，23(4)：12~169 陳克安. 自適應(yīng)有源噪聲控制—原理，算法及實現(xiàn). 西安：西北工業(yè)大學出版社，1993，10~1310 孫海信. 一種變步長LMS自適應(yīng)濾波算法的研究. 電子測量與儀器學報，2005，11~1311 Gitlin .，Weinstein . 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