Фильтры Колмогорова-Винера

Содержание

Слайд 2

ФИЛЬТРЫ КОЛМОГОРОВА–ВИНЕРА

Рисунок 1 - К постановке задачи фильтрации

ФИЛЬТРЫ КОЛМОГОРОВА–ВИНЕРА Рисунок 1 - К постановке задачи фильтрации

Слайд 3

ФИЛЬТРЫ КОЛМОГОРОВА–ВИНЕРА

Заданы взаимно некоррелированные центрированные нестационарные случайные процессы в виде функций времени m

ФИЛЬТРЫ КОЛМОГОРОВА–ВИНЕРА Заданы взаимно некоррелированные центрированные нестационарные случайные процессы в виде функций
t( ) и n t( ) с корреляционными функциями

Слайд 4

ФИЛЬТРЫ КОЛМОГОРОВА–ВИНЕРА

Требуется найти ИПФ k( t*, τ) фильтра, оптимальным образом выделяющего реализацию случайного

ФИЛЬТРЫ КОЛМОГОРОВА–ВИНЕРА Требуется найти ИПФ k( t*, τ) фильтра, оптимальным образом выделяющего
процесса m(t) в виде некоторого процесса X (t) в условиях, когда на вход поступает аддитивная смесь полезного сигнала m(t) и помехи n(t). Критерием оптимальности является минимум среднеквадратической ошибки (СКО)

Слайд 5

ФИЛЬТРЫ КОЛМОГОРОВА–ВИНЕРА

Структурная схема, поясняющая постановку задачи фильтрации в классе линей- ных систем, представлена

ФИЛЬТРЫ КОЛМОГОРОВА–ВИНЕРА Структурная схема, поясняющая постановку задачи фильтрации в классе линей- ных
на рисунке 2.

Слайд 6

ФИЛЬТРЫ КОЛМОГОРОВА–ВИНЕРА

Найдем уравнение, определяющее ИПФ оптимальной, в указанном выше смысле, системы. Положим, что

ФИЛЬТРЫ КОЛМОГОРОВА–ВИНЕРА Найдем уравнение, определяющее ИПФ оптимальной, в указанном выше смысле, системы.
при t = 0 фильтр имеет нулевые начальные условия; тогда сигнал ошибки σ(t) определяется зависимостью

Слайд 7

ФИЛЬТРЫ КОЛМОГОРОВА–ВИНЕРА

После осреднения по множеству получим

Для квадрата ошибки можно записать выражение

ФИЛЬТРЫ КОЛМОГОРОВА–ВИНЕРА После осреднения по множеству получим Для квадрата ошибки можно записать выражение

Слайд 8

ФИЛЬТРЫ КОЛМОГОРОВА–ВИНЕРА

Предположим, что

т.е. ИПФ k t( , τ) отличается от оптимальной ИПФ

ФИЛЬТРЫ КОЛМОГОРОВА–ВИНЕРА Предположим, что т.е. ИПФ k t( , τ) отличается от
k( t*, τ) на некоторую функцию γΔ τk (t)

Слайд 9

ФИЛЬТРЫ КОЛМОГОРОВА–ВИНЕРА

Тогда из предыдущих двух формул следует

ФИЛЬТРЫ КОЛМОГОРОВА–ВИНЕРА Тогда из предыдущих двух формул следует

Слайд 10

ФИЛЬТРЫ КОЛМОГОРОВА–ВИНЕРА

ФИЛЬТРЫ КОЛМОГОРОВА–ВИНЕРА

Слайд 11

ФИЛЬТРЫ КОЛМОГОРОВА–ВИНЕРА

Из предыдущей формулы следует, что для того, чтобы

необходимо выполнение условия

ФИЛЬТРЫ КОЛМОГОРОВА–ВИНЕРА Из предыдущей формулы следует, что для того, чтобы необходимо выполнение условия

Слайд 12

ФИЛЬТРЫ КОЛМОГОРОВА–ВИНЕРА

Это условие легко получить, используя положение вариационного исчисления, согласно которому необходимым условием

ФИЛЬТРЫ КОЛМОГОРОВА–ВИНЕРА Это условие легко получить, используя положение вариационного исчисления, согласно которому
экстремума функции

является соотношение

Подставляя (18) в (21), находим (20)

Слайд 13

ФИЛЬТРЫ КОЛМОГОРОВА–ВИНЕРА

Можно показать, что уравнение (3.20) является также и достаточным условием минимума среднеквадратической

ФИЛЬТРЫ КОЛМОГОРОВА–ВИНЕРА Можно показать, что уравнение (3.20) является также и достаточным условием
ошибки. Действительно, поскольку

и, очевидно, функция

следовательно,

то так как

k t* ( ), τ действительно определяет фильтр, обеспечивающий минимальную СКО.

Перепишем (20) в виде

Слайд 14

ФИЛЬТРЫ КОЛМОГОРОВА–ВИНЕРА

ФИЛЬТРЫ КОЛМОГОРОВА–ВИНЕРА

Слайд 15

ФИЛЬТРЫ КОЛМОГОРОВА–ВИНЕРА

Полученное интегральное уравнение 1-го рода (3.24) определяет оптимальную ИПФ фильтра, обеспечивающего воспроизведение

ФИЛЬТРЫ КОЛМОГОРОВА–ВИНЕРА Полученное интегральное уравнение 1-го рода (3.24) определяет оптимальную ИПФ фильтра,
полезного сигнала m t( ) с минимальной СКО. Уравнение (24) называется уравнением Винера–Хопфа, которое часто записывается в виде

(25)

Слайд 16

ФИЛЬТРЫ КОЛМОГОРОВА–ВИНЕРА

Для рассматриваемого случая уравнение Винера–Хопфа имеет вид

(26)

ФИЛЬТРЫ КОЛМОГОРОВА–ВИНЕРА Для рассматриваемого случая уравнение Винера–Хопфа имеет вид (26)

Слайд 17

ФИЛЬТРЫ КОЛМОГОРОВА–ВИНЕРА

Причем корреляционная функция сигнала, определяемая по формуле

взаимная корреляционная функция сигнала на входе

ФИЛЬТРЫ КОЛМОГОРОВА–ВИНЕРА Причем корреляционная функция сигнала, определяемая по формуле взаимная корреляционная функция
Y (t) и полезного входного сигнала m(t ).

Перепишем (26) в виде (после преобразования по Фурье)

(27)

Слайд 18

ФИЛЬТРЫ КОЛМОГОРОВА–ВИНЕРА

Оптимальная ИПФ, определяемая этой формулой, будет отлична от нуля для отрицательных

ФИЛЬТРЫ КОЛМОГОРОВА–ВИНЕРА Оптимальная ИПФ, определяемая этой формулой, будет отлична от нуля для
значений τ (рис. 3.17)

Такая система физически нереализуема. Однако приближенное построение фильтра возможно (рис. 3.18).

Слайд 19

ФИЛЬТРЫ КОЛМОГОРОВА–ВИНЕРА

ФИЛЬТРЫ КОЛМОГОРОВА–ВИНЕРА

Слайд 20

ФИЛЬТРЫ КОЛМОГОРОВА–ВИНЕРА

ФИЛЬТРЫ КОЛМОГОРОВА–ВИНЕРА

Слайд 21

ФИЛЬТРЫ КОЛМОГОРОВА–ВИНЕРА

ФИЛЬТРЫ КОЛМОГОРОВА–ВИНЕРА

Слайд 22

ФИЛЬТРЫ КОЛМОГОРОВА–ВИНЕРА

ФИЛЬТРЫ КОЛМОГОРОВА–ВИНЕРА

Слайд 23

ФИЛЬТРЫ КОЛМОГОРОВА–ВИНЕРА

ФИЛЬТРЫ КОЛМОГОРОВА–ВИНЕРА
Имя файла: Фильтры-Колмогорова-Винера.pptx
Количество просмотров: 34
Количество скачиваний: 0