[发明专利]基于Laguerre结构的多项式自适应有源噪声对消方法

摘要

本发明公开了一种基于Laguerre结构的多项式自适应有源噪声对消方法。它将具有IIR滤波器特点的Laguerre时延单元取代Volterra滤波器中的延迟单元Z-1，经过Laguerre延迟节点的输出作为基于有界约束乘积耦合Volterra近似结构的非线性滤波器的输入，能有效地改善特征收敛条件，保证系统的稳定性，计算复杂度低，硬件容易实现；并采用输入信号和瞬时误差归一化的LMS自适应算法调整其滤波系数，能够在保证非线性自适应滤波器稳定的前提下，进一步降低滤波器的输入长度，加快收敛速度；特别对于存在较强的非线性畸变情形，显示出很好的抗噪能力，有利于自适应多项式滤波器的推广与应用。

主权项

1.一种基于Laguerre结构的多项式自适应有源噪声对消方法，其步骤如下：(1)参考噪声源的产生将取值在[-1，1]区间且方差σ²＝3的白噪声，作为对含有用信号s(n)和噪声v(n)的接收信号d(n)进行噪声对消用的参考噪声源r(n)，其中n为时刻；(2)基于Laguerre延迟节点的输出信号矢量的计算将参考噪声源r(n)通过Laguerre延迟节点得到m个延迟输出信号分量u_k(n)，0≤k≤m-1；当k＝0时，u0(n)=αu0(n-1)+1-α2r(n-1);]]>当k＝1，2，3，...，m-1时，u_k(n)＝u_k-1(n-1)+α[u_k(n-1)-u_k-1(n)]其中，k为Laguerre延迟节点的序号，α为Laguerre延迟节点的极点；由m个延迟输出信号分量u_k(n)及常数1构成延迟输出信号向量U(n)，U(n)＝[1，u₀(n)，u₁(n)，…，u_m(n)]^T(3)噪声的估计将第(2)步得到的延迟输出信号向量U(n)输入有界约束乘积耦合Volterra近似结构的滤波器，滤波得到接收信号d(n)中的噪声v(n)的估计y(n)，y(n)=a0(n)+Σk=0m-1ak+1(n)uk(n)+[b0(n)+Σk=0m-1bk+1(n)uk(n)]×Sigm(c0(n)+Σk=0m-1ck+1(n)uk(n))]]>=[a0(n),a1(n),···,am(n),b0(n),b1(n),···,bm(n)][U(n),U(n)Sigm(CT(n)U(n))]T]]>=ABT(n)X(n)]]>其中，Sigm(·)为有界函数，其表达式为Sigm(·)＝(1-exp(·))/(1+exp(·))且|Sigm(·)|＜1，X(n)＝[U(n)，U(n)Sigm(C^T(n)U(n))]^T是滤波器的输入信号向量，其对应的滤波器权系数为AB(n)＝[a₀(n)，a₁(n)，…，a_m(n)，b₀(n)，b₁(n)，…，b_m(n)]^T，而C(n)＝[c₀(n)，c₁(n)，…，c_m(n)]^T为n时刻滤波器有界约束分解子项的权系数向量；(4)有用信号的估计将接收信号d(n)减去第(3)步得到的噪声v(n)的估计y(n)，得到n时刻接收信号d(n)中的有用信号s(n)的估计e(n)：e(n)＝d(n)-y(n)＝s(n)+v(n)-y(n)(5)权系数更新将第(4)步得到的有用信号估计e(n)的平方，求期望得到代价函数J(n)，J(n)＝E{e²(n)}＝E{|d(n)-y(n)|²}，E{·}为求期望，再用代价函数J(n)对非线性滤波器的权系数AB(n)和C(n)求瞬时梯度，并利用输入信号和瞬时误差归一化的LMS算法准则，得到权系数AB(n)和C(n)的如下迭代公式：σX2(n)=ρσX2(n-1)+(1-ρ)[||X(n)||2+(2m+2)e2(n)]]]>AB(n+1)=AB(n)+η1e(n)η1σX2(n)X(n)]]>σU2(n)=ρσU2(n-1)+(1-ρ)(||U(n)||2+(m+1)e2(n)[b(n)TU(n)(1-Sigm2(CT(n)U(n)))]2)]]>C(n+1)=C(n)+η2e(n)η2σU2(n)b(n)TU(n)(1-Sigm2(CT(n)U(n)))]]>其中及分别为滤波器输入信号向量X(n)和U(n)的功率；b(n)＝[b₀(n)，b₁(n)，…，b_m(n)]^T；η₁为控制滤波器权系数向量AB(n)收敛的步长参数，取值区间为(0，2)；η₂为控制滤波器有界约束分解子项的权系数向量C(n)收敛的步长参数，取值区间为(0，2)；ρ为平滑因子其取值区间为(0 0.1]；(6)令n＝n+1，重复2～5的步骤，即可实时消除接受信号d(n)中的污染噪声v(n)，得到实时的有用信号s(n)的估计e(n)。