自适应滤波算法及其FPGA仿真

论文摘要

自适应滤波技术作为现代数字滤波技术中的重要组成部分，它能够在滤波过程中自动调节滤波参数，达到最优滤波的效果。自适应滤波算法是自适应滤波技术中的重要算法，其算法设计的好坏直接影响着滤波器的滤波效果。然而，最小均方算法（LMS）以其高稳定性、简单易计算，而且实现容易等优点，并在系统工程、导弹技术、航空航天技术、数字通信技术及遥测技术等高端领域得到了广泛应用。本论文主要在讨论了影响最小均方LMS算法性能的因素的基础上，并结合现有文献提出的变步长LMS算法，详细分析了算法中各参数对其各项性能指标的影响。提出了三种改进型的变步长LMS算法，并采用遗传算法对其算法进行参数优化，同时采用DSPBuilder开发工具对其所提出的算法进行仿真。其主要包括以下几个方面的内容：1、本文在详细分析LMS自适应滤波器原理的基础上，主要讨论了影响LMS算法性能指标的四大因素，其算法主要存在收敛速度和稳态失调之间的矛盾。为了改善LMS算法的矛盾，许多文献提出了各自的变步长LMS算法。其主要解决算法的选取步长问题，本文通过这些文献提供的思路，提出了三种改进型的变步长LMS算法，同时分析了算法中参数α、β、m及h对其性能指标的影响。通过MATLAB对其所提出的算法进行仿真，并与现有算法进行性能指标比较，仿真结果表明本文提出的变步长LMS算法具有良好的收敛性和跟踪性，较好的改善了其算法存在的收敛速度和稳态失调之间的矛盾。2、变步长LMS算法的性能主要取决于步长因子中的各个参数值的选取，针对步长因子中各参数的选取对其设计者经验有较强依赖。本文采用遗传算法对所提出的变步长LMS算法进行参数优化设计，从而快捷高效地得到α、β、m及h等参数的优化组合，同时对其所选取的最优值算法进行计算机仿真，其结果表明该方法具有好的稳定性和鲁棒性，其算法各项性能都能达到要求。4、采用Altera公司提供的DSPBuilder开发工具，对第二种改进型的余弦变步长LMS算法建模。最后对其模型进行FPGA仿真，其仿真结果表明本文提出的算法具有较好的滤波性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 论文的研究背景及意义
• 1.2 自适应滤波理论及算法研究现状
• 1.3 遗传算法在自适应滤波器的应用
• 1.4 自适应滤波算法的硬件实现
• 1.5 本论文的主要内容及各章安排
• 第二章 最小均方 LMS 算法
• 2.1 引言
• 2.2 自适应滤波算法的分类
• 2.3 LMS 自适应滤波器的结构原理
• 2.4 LMS 算法性能指标分析
• 2.4.1 LMS 算法抗干扰性以及稳态失调分析
• 2.4.3 LMS 算法收敛速度
• 2.4.4 LMS 算法计算复杂度分析
• 2.5 小结
• 第三章 变步长 LMS 滤波算法及性能分析
• 3.1 引言
• 3.2 新的变步长 LMS 算法的提出
• 3.3 第一种通用型变步长 LMS 算法性能分析
• 3.3.1 算法参数性能分析
• 3.3.2 算法计算机仿真分析
• 3.3.3 与其他算法性能比较
• 3.4 第二种余弦型变步长 LMS 算法性能分析
• 3.4.1 算法参数性能分析
• 3.4.2 算法计算机仿真分析
• 3.4.3 与其他算法性能比较
• 3.5 第三种余弦型变步长 LMS 算法性能分析
• 3.5.1 算法参数性能分析
• 3.5.2 算法计算机仿真分析
• 3.5.3 与其他算法性能比较
• 3.6 小结
• 第四章 基于遗传算法的变步长 LMS 算法参数优化
• 4.1 引言
• 4.2 遗传算法结构及其特点
• 4.3 采用遗传算法的变步长参数优化
• 4.4 与其他算法性能比较
• 4.5 小结
• 第五章 变步长 LMS 算法的 FPGA 设计及仿真实现
• 5.1 引言
• 5.2 DSPBuilder 技术
• 5.3. 自适应滤波器建模及其功能仿真
• 5.3.1 变步长 LMS 滤波器模型结构图
• 5.3.2 变步长 LMS 滤波器模型建立
• 5.3.3 自适应滤波器的功能仿真
• 5.4 小结
• 第六章 总结
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢