基于DSP的自適應(yīng)濾波器的設(shè)計(jì)方案

根據(jù)自適應(yīng)濾波的原理，主要論述和分析了易于實(shí)現(xiàn)的最小均方差算法，通過比較IIR結(jié)構(gòu)和FIR結(jié)構(gòu)濾波器的優(yōu)缺點(diǎn)，采用橫向FIR結(jié)構(gòu)的自適應(yīng)濾波器來實(shí)現(xiàn)。為了滿足自適應(yīng)濾波的實(shí)時(shí)性要求，采用TMS320F28234芯片的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并設(shè)計(jì)了其硬件最小系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)，最后用TMS320F28234實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)濾波器。仿真結(jié)果表明，本方案的自適應(yīng)濾波器濾波效果優(yōu)越，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。

　　0 引言

　　濾波是信號(hào)處理領(lǐng)域的一種最基本而又極其重要的技術(shù)。利用濾波技術(shù)可以從復(fù)雜的信號(hào)中提取所需要的信號(hào)，同時(shí)抑制噪聲或干擾信號(hào)，以便更有效地利用原始信號(hào)。濾波器在電子電路系統(tǒng)中應(yīng)用很多，技術(shù)也較為復(fù)雜，有時(shí)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(yīng)濾波器是相對(duì)固定濾波器而言的，當(dāng)固定的設(shè)計(jì)規(guī)范是未知的，或者采用時(shí)不變?yōu)V波器不能滿足設(shè)計(jì)的要求設(shè)計(jì)規(guī)范時(shí)，就需要采用自適應(yīng)濾波器。嚴(yán)格地講，自適應(yīng)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(gè)給定的時(shí)刻固定的濾波器參數(shù)，則其輸出信號(hào)是輸入信號(hào)的線性函數(shù)。自適應(yīng)濾波器是在沒有任何關(guān)于信號(hào)和噪聲的先驗(yàn)知識(shí)的條件下，自適應(yīng)濾波器利用前一時(shí)刻已獲得的濾波器參數(shù)來自動(dòng)調(diào)節(jié)現(xiàn)時(shí)刻的濾波器參數(shù)，以適應(yīng)信號(hào)和噪聲未知或隨機(jī)變化的統(tǒng)計(jì)特性，從而實(shí)現(xiàn)最優(yōu)濾波，所以其適用范圍更廣。

　　1 DSP 的自適應(yīng)濾波器的總體方案設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)采用利用數(shù)字信號(hào)處理器來完成自適應(yīng)濾波器的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)如圖1所示。

　　系統(tǒng)工作原理：自適應(yīng)濾波器的整體設(shè)計(jì)思路中模擬信號(hào)輸入，輸入信號(hào)首先進(jìn)行抗混疊濾波，然后將模擬信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)。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(hào)最高頻率的2倍。經(jīng)過ADC轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，DSP芯片預(yù)先設(shè)計(jì)好的自適應(yīng)濾波算法程序，對(duì)輸入的數(shù)字信號(hào)處理。這種自適應(yīng)濾波器的設(shè)計(jì)是具有跟蹤信號(hào)和噪聲變化的能力，也不需要知道關(guān)于輸入信號(hào)的先驗(yàn)知識(shí)。

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

　　1.1 自適應(yīng)濾波器原理

　　自適應(yīng)濾波器是一種能夠自動(dòng)調(diào)整本身參數(shù)的特殊維納濾波器，在設(shè)計(jì)時(shí)不需要預(yù)先知道關(guān)于輸入信號(hào)和噪聲的統(tǒng)計(jì)特性，它能夠在工作過程中逐步“了解”或估計(jì)出所需的統(tǒng)計(jì)特性，并以此為依據(jù)自動(dòng)調(diào)整自身的參數(shù)，以達(dá)到最佳濾波效果。一旦輸入信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性發(fā)生變化，它又能夠跟蹤這種變化，自動(dòng)調(diào)整參數(shù)，使濾波器性能重新達(dá)到最佳。

　　自適應(yīng)濾波器中參數(shù)可調(diào)數(shù)字濾波器結(jié)構(gòu)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(hào)x（n） 通過參數(shù)可調(diào)數(shù)字濾波器后產(chǎn)生輸出信號(hào)（或響應(yīng)）y（n），將其與參考信號(hào)（或稱期望響應(yīng)）d（n）進(jìn)行比較，形成誤差信號(hào)e（n），并以此通過某種自適應(yīng)算法對(duì)濾波器參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，最終使e（n） 的均方值最小。

　　圖2所示即為自適應(yīng)濾波器的一般結(jié)構(gòu)。

　　1.2 自適應(yīng)濾波器結(jié)構(gòu)