基于DSP的自適應濾波器的設計方案

根據(jù)自適應濾波的原理，主要論述和分析了易于實現(xiàn)的最小均方差算法，通過比較IIR結構和FIR結構濾波器的優(yōu)缺點，采用橫向FIR結構的自適應濾波器來實現(xiàn)。為了滿足自適應濾波的實時性要求，采用TMS320F28234芯片的系統(tǒng)設計，并設計了其硬件最小系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)，最后用TMS320F28234實現(xiàn)自適應濾波器。仿真結果表明，本方案的自適應濾波器濾波效果優(yōu)越，具有較強的實用性。

　　0 引言

　　濾波是信號處理領域的一種最基本而又極其重要的技術。利用濾波技術可以從復雜的信號中提取所需要的信號，同時抑制噪聲或干擾信號，以便更有效地利用原始信號。濾波器在電子電路系統(tǒng)中應用很多，技術也較為復雜，有時濾波器的優(yōu)劣直接決定產(chǎn)品的性能，所以濾波器的理論研究和產(chǎn)品開發(fā)非常的重要。

　　自適應濾波器是相對固定濾波器而言的，當固定的設計規(guī)范是未知的，或者采用時不變?yōu)V波器不能滿足設計的要求設計規(guī)范時，就需要采用自適應濾波器。嚴格地講，自適應濾波器是一種非線性濾波器，因此不滿足齊次性和疊加性條件，如果在某個給定的時刻固定的濾波器參數(shù)，則其輸出信號是輸入信號的線性函數(shù)。自適應濾波器是在沒有任何關于信號和噪聲的先驗知識的條件下，自適應濾波器利用前一時刻已獲得的濾波器參數(shù)來自動調節(jié)現(xiàn)時刻的濾波器參數(shù)，以適應信號和噪聲未知或隨機變化的統(tǒng)計特性，從而實現(xiàn)最優(yōu)濾波，所以其適用范圍更廣。

　　1 DSP 的自適應濾波器的總體方案設計

　　本系統(tǒng)采用利用數(shù)字信號處理器來完成自適應濾波器的設計，系統(tǒng)如圖1所示。

　　系統(tǒng)工作原理：自適應濾波器的整體設計思路中模擬信號輸入，輸入信號首先進行抗混疊濾波，然后將模擬信號變換成數(shù)字信號。根據(jù)奈奎斯特抽樣定理，為保證有用信息不丟失，抽樣頻率至少是輸入帶限信號最高頻率的2倍。經(jīng)過ADC轉換成數(shù)字信號，DSP芯片預先設計好的自適應濾波算法程序，對輸入的數(shù)字信號處理。這種自適應濾波器的設計是具有跟蹤信號和噪聲變化的能力，也不需要知道關于輸入信號的先驗知識。

　　經(jīng)過DSP芯片處理后的信號通過DAC再轉換成連續(xù)的模擬波形，之后進行平滑濾波就可得到需要的模擬信號。

　　1.1 自適應濾波器原理

　　自適應濾波器是一種能夠自動調整本身參數(shù)的特殊維納濾波器，在設計時不需要預先知道關于輸入信號和噪聲的統(tǒng)計特性，它能夠在工作過程中逐步“了解”或估計出所需的統(tǒng)計特性，并以此為依據(jù)自動調整自身的參數(shù)，以達到最佳濾波效果。一旦輸入信號的統(tǒng)計特性發(fā)生變化，它又能夠跟蹤這種變化，自動調整參數(shù)，使濾波器性能重新達到最佳。

　　自適應濾波器中參數(shù)可調數(shù)字濾波器結構可以是FIR數(shù)字濾波器或IIR數(shù)字濾波器，也可以是格型數(shù)字濾波器，輸入信號x（n） 通過參數(shù)可調數(shù)字濾波器后產(chǎn)生輸出信號（或響應）y（n），將其與參考信號（或稱期望響應）d（n）進行比較，形成誤差信號e（n），并以此通過某種自適應算法對濾波器參數(shù)進行調整，最終使e（n） 的均方值最小。

　　圖2所示即為自適應濾波器的一般結構。

　　1.2 自適應濾波器結構