本发明专利技术公开一种抗脉冲噪声干扰的比例总体自适应滤波器，属于数字滤波器设计领域。该抗脉冲噪声干扰的比例总体自适应滤波器由最大化权值向量加权范数约束的总体相关熵代价函数建立。该滤波器通过引入比例矩阵，充分利用系统的稀疏性，加快收敛速度，在输入和输出信号都有噪声干扰的情况下，仍能获得较低的稳态误差，且在脉冲环境中具有较强的鲁棒性。本发明专利技术公开的抗脉冲噪声干扰的比例总体自适应滤波器可以应用于视频会议、免提电话等现代通信设备中。信设备中。信设备中。
【技术实现步骤摘要】
抗脉冲噪声干扰的比例总体自适应滤波器
[0001]本专利技术公开了一种抗脉冲噪声干扰的比例总体自适应滤波器，具体公开了一种比例最大总体相关熵自适应滤波器，属于数字滤波器设计领域。
技术介绍
[0002]系统辨识是自适应信号处理的一个重要分支，传统的自适应信道均衡、自适应噪声消除、自适应回声抵消、主动噪声控制等诸多问题都可以归结为系统辨识问题。
[0003]在一些应用中，未知系统具有稀疏性，即未知系统的权值向量中大部分元素为零或接近零。稀疏系统辨识问题在理论和工程实践中经常涉及，是目前的研究热点之一，例如零点吸引理论和比例自适应策略在卫星传输信道以及回声消除信道中的应用。目前，研究表明利用比例更新和权值向量的低阶范数正则化可以有效提高自适应滤波滤波器的收敛速度。
[0004]传统的LMS和NLMS自适应滤波器，易于实现，但是在一些特殊环境中，性能会急剧下降。在一些特殊环境中，未知系统的输出和自适应滤波器的输入可能均会被噪声干扰。针对这种情况，一系列具有鲁棒性的自适应滤波器被提出，如偏差补偿最小均方滤波器，梯度下降
‑
总体最小二乘滤波器等。此外，未知系统的输出噪声中可能存在脉冲干扰，针对这一场景，有偏差补偿符号误差滤波器、最大总体相关熵滤波器等被提出。这些滤波器对于一般的未知系统，有很好的收敛效果，但是当系统具有稀疏特性时，未能充分利用其稀疏性，收敛速度相对较慢。
技术实现思路
[0005]为了解决上述问题，本申请提出了一种抗脉冲噪声干扰的比例总体自适应滤波器(后面简记为PMTC)。该自适应滤波器适用于系统为稀疏系统的情况，采用比例更新和受条件约束的最大化总体相关熵代价函数的方法，充分利用未知系统的稀疏特性，并提升在输入信号有白噪声、输出信号有脉冲干扰的情况下的鲁棒性。
[0006]抗脉冲噪声干扰的比例总体自适应滤波器更新权值向量包含如下步骤：
[0007]1)将n时刻及其之前连续M
‑
1个时刻的含噪输入信号采样值构成自适应滤波器的含噪输入信号向量其中：上标T表示转置运算。
[0008]2)将n时刻自适应滤波器的M个权值构成权值向量w
n
＝[w
n,0
,w
n,1
,...,w
n,M
‑1]T
。
[0009]3)将含噪输入信号向量与自适应滤波器的权值向量w
n
进行内积，生成自适应滤波器的输出信号
[0010]4)根据计算误差信号e
n
，其中：表示自适应滤波器的含噪期望响应。计算中间变量p(w
n,i
)＝min(γ|w
n,i
|,1)，其中：i为大于等于0且小于M的正整数，γ为用于控制估计稀疏系统的强度的正常数。
[0011]由中间变量构建向量p(w
n
)＝[p(w
n,0
),p(w
n,1
),...,p(w
n,M
‑1)]T
。
[0012]根据计算比例系数g
n,i
，其中：α为比例系数控制参数，取值范围为
‑
1≤α＜1；ε为避免分母为零的小正常数；|| ||1表示向量的l1范数。
[0013]由比例系数构建比例矩阵G
n
＝diag(g
n,0
,g
n,1
,...,g
n,M
‑1)，其中，diag表示将元素g
n,0
,g
n,1
,...,g
n,M
‑1作为对角元素构成对角矩阵。
[0014]5)根据计算向量f
n
，其中：是自适应滤波器的增广权值向量，是自适应滤波器的增广权值向量，是期望信号中不含脉冲干扰的测量噪声的方差，是自适应滤波器输入信号中包含的噪声的方差，σ是取值为正的相关熵的核宽度参数。
[0015]6)采用表达式更新权值向量w
n
，其中：μ为步长；表示向量f
n
的矩阵G
n
加权l2范数，δ为避免分母为零的小正常数。
[0016]有益效果
[0017]相对于现有技术中的方案，本申请提出的抗脉冲噪声干扰的比例总体自适应滤波器，既能充分利用系统的稀疏特性加快收敛速度，且对输入信号有噪声干扰、输出信号有脉冲干扰的情况具有较强的鲁棒性。
附图说明
[0018]下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步描述：
[0019]图1为抗脉冲噪声干扰的比例总体自适应滤波器原理框图；
[0020]图2为本专利技术实施例中使用的语音输入信号；
[0021]图3为本专利技术实施例中使用的未知系统的权值向量；
[0022]图4为本专利技术实施例中MTC、RZA
‑
MTC和PMTC的归一化均方偏差曲线比较。
具体实施方式
[0023]实施例
[0024]本实施例采用计算机实验的方法验证PMTC自适应滤波器的性能(其原理框图如图1所示)。实验中使用本申请公开的PMTC在输入信号有白噪声干扰、输出信号有脉冲干扰的环境下，对未知稀疏系统进行辨识，并将其性能与MTC[Maximum total correntropy adaptive filtering against heavy
‑
tailed noises,Signal Processing,2017,141,84
‑
95]以及RZA
‑
MTC[Zero attracting maximum total correntropy algorithm for sparse system identification,IFAC PapersOnLine,2019,52(24),103
–
106]自适应滤波器的性能进行比较。
[0025]本申请提出的PMTC自适应滤波器对未知稀疏系统辨识包含以下步骤：
[0026]1)将n时刻及其之前连续M
‑
1个时刻的含噪输入信号采样值构成自适应滤波器的含噪输入信号向量其中：上标T表示转置运算。
[0027]2)将n时刻自适应滤波器的M个权值构成权值向量w
n
＝[w
n,0
,w
n,1
,...,w
n,M
‑1]T
。
[0028]3)将含噪输入信号向量与自适应滤波器的权值向量w
n
进行内积，生成自适应滤波器的输出信号
[0029]4)根据计算误差信号e
n
，其中：表示自适应滤波器的含噪期望响应。计算中间变量p(w
n,i
)＝min(γ|w
n,i
|,1)，其中：i为大于等于0且小于M的正整数，γ为用于控制估计稀疏系统的强度的正常数。较佳本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.抗脉冲噪声干扰的比例总体自适应滤波器，其特征在于：所述自适应滤波器采用比例更新和最大化总体相关熵代价函数来更新其权值向量。2.根据权利要求1所述的自适应滤波器，其特征在于：所述自适应滤波器更新权值向量包含以下步骤：1)构建输入信号向量，即将n时刻及其之前连续M
‑
1个时刻的含噪输入信号采样值构成自适应滤波器的含噪输入信号向量其中：上标T表示转置运算；2)构建权值向量w
n
，即将n时刻自适应滤波器的M个权值构成权值向量w
n
＝[w
n,0
,w
n,1
,...,w
n,M
‑1]
T
；3)将含噪输入信号向量与自适应滤波器的权值向量w
n
进行内积，生成自适应滤波器的输出信号4)根据计算误差信号e
n
，其中：表示自适应滤波器的含噪期望响应；5)根据计算向量f
n
，其中：是自适应滤波器的增广权值向量，σ是取值为正的相关熵的核宽度参数。3.根据权利要求2所述的自适应滤波器，其特征在于：步骤4)之后还包括：计算中间变量p(w
n,i
)＝min(γ|w
n,i
|,1)，其中：i为大于等于0且小于M的正整数，γ为用于控制估计稀疏系统的强度的正常数；由...
【专利技术属性】
技术研发人员：倪锦根，邢祎炜，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：
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