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维纳滤波(维纳滤波器)

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一、精锐:什么是维纳滤波

1、维纳滤波(wiener filtering)一种基于最小均方误差准则、对平稳过程的最优估计器。这种滤波器的输出与期望输出之间的均方误差为最小,因此,它是一个最佳滤波系统。它可用于提取被平稳噪声所污染的信号。

维纳滤波(维纳滤波器)

2、从连续的(或离散的)输入数据中滤除噪声和干扰以提取有用信息的过程称为滤波,这是信号处理中经常采用的主要方法之一,具有十分重要的应用价值,而相应的装置称为滤波器。根据滤波器的输出是否为输入的线性函数,可将它分为线性滤波器和非线性滤波器两种。维纳滤波器是一种线性滤波器。

3、维纳滤波理论是由数学家N.维纳(Norbert Wiener,1894~1964)于第二次世界大战期间提出的。这一科研成果是这一时期重大科学发现之一,他提出了线性滤波的理论和线性预测的理论,对通信工程理论和应用的发展起了重要的作用。维纳滤波就是为纪念他的重要贡献而命名的。

4、维纳滤波的基本原理是:设观察信号y(t)含有彼此统计独立的期望信号x(t)和白噪声ω(t)可用维纳滤波从观察信号y(t)中恢复期望信号x(t)。设线性滤波器的冲击响应为h(t),此时其输入y(t)为y(t)=x(t)+w(t),输出

5、E[]表示数学期望。应用数学方法求最小均方误差时的线性滤波器的冲击响应hopt(t)可得如图方程:

6、式中,Ryx(t)为y(t)与x(t)的互相关函数,Ryy(τ-σ)为y(t)的自相关函数。上述方程称为维纳-霍夫(Wiener-Hopf)方程。求解维纳-霍夫方程可以得到最佳滤波器的冲击响应hopt(t)。在一般情况下,求解上述方程是有一定困难的,因此这在一定程度上限制了这一滤波理论的应用。然而,维纳滤波对滤波和预测理论的开拓,影响着以后这一领域的发展。

7、常用的滤波器是采用电感、电容等分立元件构成,如RC低通滤波器、LC谐振回路等。但对于混在随机信号中的噪声滤波,这些简单的电路就不是最佳滤波器,这是因为信号与噪声均可能具有连续的功率谱。不管滤波器具有什么样的频率响应,均不可能做到噪声完全滤掉,信号波形的不失真。因此,滤波器研究的一个基本课题就是:如何设计和制造最佳的或最优的滤波器。所谓最佳滤波器是指能够根据某一最佳准则进行滤波的滤波器。

二、维纳滤波的优缺点

维纳滤波器的优点是适应面较广,无论平稳随机过程是连续的还是离散的,是标量的还是向量的,都可应用。对某些问题,还可求出滤波器传递函数的显式解,并进而采用由简单的物理元件组成的网络构成维纳滤波器。维纳滤波器的缺点是,要求得到半无限时间区间内的全部观察数据的条件很难满足,同时它也不能用于噪声为非平稳的随机过程的情况,对于向量情况应用也不方便。因此,维纳滤波在实际问题中应用不多。

2.输入过程的统计特性是已知的。根据其他最佳准则的滤波器亦有同样要求

然而,由于输入过程取决于外界的信号、干扰环境,这种环境的统计特性常常是未知的、变化的,因而难以满足上述两个要求。这就促使人们研究自适应滤波器。

三、维纳滤波原理

1、维纳滤波原理维纳滤波器在结构上是一通过合理的设计可使其对噪声具有良好的过滤特性当观测信号输入滤波器时它的输出就是信号构造维纳滤波器的步骤假设维纳滤波器的单位脉冲响应。

2、维纳滤波(wiener filtering)一种基于最小均方误差准则、对平稳过程的最优估计器。这种滤波器的输出与期望输出之间的均方误差为最小,因此,它是一个最佳滤波系统。它可用于提取被平稳噪声所污染的信号。

3、从连续的(或离散的)输入数据中滤除噪声和干扰以提取有用信息的过程称为滤波,这是信号处理中经常采用的主要方法之一,具有十分重要的应用价值,而相应的装置称为滤波器。根据滤波器的输出是否为输入的线性函数,可将它分为线性滤波器和非线性滤波器两种。维纳滤波器是一种线性滤波器。

4、维纳滤波理论是由数学家N.维纳(Norbert Wiener,1894~1964)于第二次世界大战期间提出的。这一科研成果是这一时期重大科学发现之一,他提出了线性滤波的理论和线性预测的理论,对通信工程理论和应用的发展起了重要的作用。维纳滤波就是为纪念他的重要贡献而命名的。

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