![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
По минимуму среднеквадратической ошибки
Оптимальным фильтром называется такое устройство, которое обеспечивает наилучшее по заданному критерию выделение сигнала из наблюдаемой смеси сигнала и шума. Смысл слова «выделение» сигнала совпадает с понятием оценки сигнала. Пусть имеется сумма сигнала и шума:
где сигнал S(t) и шум n(t) являются стационарными случайными процессами с нулевыми математическими ожиданиями и корреляционными функциями Rs( Рис. 6.1 Требуется, чтобы оценка сигнала
Сделаем дополнительное предположение, что оценка сигнала
Выберем за критерий оптимальности минимум дисперсии Если искать оптимальный фильтр среди линейных цепей с постоянными параметрами, то в качестве оценки
Подставив (6.4) в (6.3), получим
Математическая задача нахождения оптимального фильтра сводится к отысканию такого вида импульсной характеристики фильтра h(t), при которой дисперсия (6.5) становится минимальной. Методами вариационного исчисления установлено, что искомая характеристика h(t) должна являться решением следующего интегрального уравнения:
где Уравнение (6.6) в научно-технической литературе называется уравнением Винера-Хопфа, а найденная из решения этого уравнения оптимальная импульсная характеристика hopt(t)определяет оптимальный винеровский фильтр. Его комплексная частотная характеристика kopt(j
Величина минимального квадрата ошибки винеровского фильтра определяется выражением
Однако следует заметить, что решение интегрального уравнения (6.6) наталкивается на значительные трудности даже в случае стационарности процессов h(t) = 0, если t < 0. Его смысл состоит в утверждении, что отклик линейной системы не может быть раньше воздействия. По этой причине рассмотренная процедура нахождения hopt(t) и kopt( В качестве примера рассмотрим kopt(
где Процесс (6.1) с учетом (6.9) удобно характеризовать отношением сигнал/шум по мощности
где Отношение сигнал/шум (6.10) соответствует отношению мощности сигнала к мощности шума в эффективной полосе спектра сигнала. Запишем без вывода найденную по рассмотренной выше процедуре комплексную частотную характеристику фильтра и ошибку фильтрации для этого случая
где
Из (6.11) и (6.12) следует, что оптимальный винеровский фильтр для низкочастотного случайного сигнала (6.9) может быть реализован в виде простого интегрирующего RC - фильтра, у которого коэффициент передачи Кo и полоса пропускания зависят от отношения сигнал/шум. В частности, если qр = Таким образом, структура винеровского фильтра (зависимость h opt(t) или k opt(
|