何时以及如何使用维纳滤波器?

信息处理 噪音 去噪 维纳滤波器
2021-12-22 17:18:57

我试图对这个话题有所了解。据我了解,确定的信号进入维纳滤波器,输出是对某些所需信号的估计。然后,可以将所需信号减去滤波器的输出并计算估计误差。该图将代表我刚刚在上面描述的内容,其中x(n)=s^(n), 期望信号的估计s(n), 和w(n)是一些与s(n)

在此处输入图像描述

我不明白为什么我会尝试估计s(n)如果我已经拥有它(我将无法计算错误e(n)如果我没有想要的信号)。

下一张图对我来说更有意义:

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这将是一个标准的降噪滤波器。一个嘈杂的信号进来,一个不太嘈杂的信号出来。

我发现了第三种情况:

在此处输入图像描述

在这里,人们估计噪声v(n)从嘈杂的信号中减去它s(n)+v(n)并获得一个更干净的版本,s^(n). 在这种情况下,我有与第一个问题相同的问题:为什么我要估计噪声以从中减去它s(n)+v(n)如果我已经必须知道噪声信号是什么才能将其放在滤波器的输入端?

所以,总而言之,我想知道所有这些案例是否有用,以及它们在某种意义上是否等效。另外,我想了解为什么他们总是估计一个已知的信号,或者如果他们不这样做并且我的想法不正确。

2个回答

也许一个激励雷达/音频的例子是自适应旁瓣消除器和自适应噪声消除器。让我们来看看一些文字描述,而不是仅仅显示方程式:

假设您正在尝试录制某人的歌声,但您在一个大礼堂中。您的麦克风正在拾取歌手,但它也拾取了很多混响。现在,如果我们能以某种方式描述混响,我们将能够从歌手+混响的信号中去除它。输入另一个麦克风(或一组麦克风),设置为只记录混响。通过这种设置,我们可以构建一个自适应滤波器来消除不需要的混响。

另一个例子是雷达系统的一些基本电子保护,我们想要消除干扰干扰。在雷达系统中,您有一个提取您感兴趣的信号的主通道。有时,会出现一些源自主天线波束外部(即来自天线旁瓣)的电磁干扰的情况。这会用噪音严重破坏我们的主通道,并可能掩盖目标返回。

直观地说,如果我们能够以某种方式仅表征干扰,我们就可以构建一个自适应滤波器来去除主通道中的噪声。我们可以使用具有同位素(或接近同位素)响应的单一元素来做到这一点。与整个天线相比,这些被称为辅助信道的增益非常低,因此只会接收干扰,而不接收可能在主波束中的目标。

维纳滤波器的缺点是这种解决方案要求噪声是固定的。幸运的是,我们可以使用滤波器组、时间分段和其他信号处理技术来实现这一点。

也许具有通信系统背景的人可以插话并谈论自适应均衡器,这是另一个应用程序,您试图表征一些嘈杂的通道,并传输系统知道的训练信号。这个想法基本上是你的第一个例子:你知道你发出了什么,你会得到一些嘈杂的版本。使用自适应滤波器,您可以表征该噪声,现在可以为您发送的任何其他内容移除它(假设噪声完全静止)。

希望这能给你一些洞察力和动力!

第一张图似乎等同于第三张图:在一种情况下,您估计的信号是噪声,在另一种情况下,您正在估计信息(将 s(n) + v(n) 替换为 w(n ) 和 s(n) 通过 v(n) 来切换第一个图中的角色)。

此外,你说:

如果我已经必须知道噪声信号是什么才能将其放在滤波器的输入端,为什么还要估计噪声以从 s(n)+v(n) 中减去它?

你不知道噪声信号是什么,你知道它的一些频谱特性(见维基百科