RLS был открыт Гауссом, но оставался неиспользованным или игнорировался до 1950 года, когда Плакетт заново открыл оригинальную работу Гаусса 1821 года. В общем, RLS можно использовать для решения любой проблемы, которую можно решить с помощью адаптивных фильтров . Например, предположим, что сигнал передается по эхо- шумному каналу , из-за чего он принимается как
где представляет собой аддитивный шум . Целью фильтра RLS является восстановление полезного сигнала. с помощью -нажмите ДЛЯ фильтра, :
где вектор -столбец, содержащий самые последние образцы . Оценка восстановленного полезного сигнала равна
Цель – оценить параметры фильтра. , и в каждый момент времени мы называем текущую оценку как и адаптированная оценка методом наименьших квадратов . также является вектор-столбцом, как показано ниже, и транспонирование , , является вектором-строкой . Матричный продукт (который является произведением скалярным и ) является , скаляр. Оценка «хорошая», если мала по величине в некотором смысле наименьших квадратов .
С течением времени желательно избегать полного повторения алгоритма наименьших квадратов для нахождения новой оценки для , с точки зрения .
Преимущество алгоритма RLS заключается в том, что нет необходимости инвертировать матрицы, что позволяет сэкономить вычислительные затраты. Еще одним преимуществом является то, что он обеспечивает интуитивное понимание таких результатов, как фильтр Калмана .
Идея фильтров RLS заключается в минимизации функции стоимости. путем соответствующего выбора коэффициентов фильтра , обновляя фильтр по мере поступления новых данных. Сигнал ошибки и желаемый сигнал определены на диаграмме отрицательной обратной связи ниже:
Ошибка неявно зависит от коэффициентов фильтра через оценку :
Взвешенная функция ошибок по методу наименьших квадратов — функция затрат, которую мы хотим минимизировать, — являющаяся функцией поэтому также зависит от коэффициентов фильтра:
где это «фактор забывания», который придает экспоненциально меньший вес более старым выборкам ошибок.
Функция стоимости минимизируется путем принятия частных производных для всех записей. вектора коэффициентов и обнуляем результаты
Чем меньше то есть тем меньше вклад предыдущих выборок в ковариационную матрицу. Это делает фильтр более чувствительным к последним выборкам, что означает большие колебания коэффициентов фильтра. Этот случай называется алгоритмом RLS растущего окна . На практике, обычно выбирается между 0,98 и 1. [1] Используя оценку максимального правдоподобия типа II, можно найти оптимальное можно оценить по набору данных. [2]
В результате обсуждения было получено единственное уравнение для определения вектора коэффициентов, который минимизирует функцию стоимости. В этом разделе мы хотим получить рекурсивное решение вида
где является поправочным коэффициентом во времени . Начнем вывод рекурсивного алгоритма с выражения перекрестной ковариации с точки зрения
где это вектор размерных данных
Аналогично выражаем с точки зрения к
Чтобы сгенерировать вектор коэффициентов, нас интересует обратная детерминированная автоковариационная матрица. Для этой задачи матричное тождество Вудбери пригодится . С
Чтобы соответствовать стандартной литературе, мы определяем
где вектор усиления является
Прежде чем двигаться дальше, необходимо привести в другую форму
Вычитание второго члена в левой части дает
При рекурсивном определении желаемая форма следует
Теперь мы готовы завершить рекурсию. Как обсуждалось
Второй шаг следует из рекурсивного определения . Далее мы включаем рекурсивное определение вместе с альтернативной формой и получить
С мы приходим к уравнению обновления
где это априорная ошибка. Сравните это с апостериорной ошибкой; ошибка, рассчитанная после обновления фильтра:
Это значит, что мы нашли поправочный коэффициент
Этот интуитивно удовлетворительный результат указывает на то, что поправочный коэффициент прямо пропорционален как ошибке, так и вектору усиления, который контролирует желаемую чувствительность посредством весового коэффициента: .
решеточно -рекурсивного метода наименьших квадратов Адаптивный фильтр связан со стандартным RLS, за исключением того, что он требует меньшего количества арифметических операций (порядок N ). [4] Он предлагает дополнительные преимущества по сравнению с традиционными алгоритмами LMS, такие как более высокая скорость сходимости, модульная структура и нечувствительность к изменениям разброса собственных значений входной корреляционной матрицы. Описанный алгоритм LRLS основан на апостериорных ошибках и включает нормализованную форму. Вывод аналогичен стандартному алгоритму RLS и основан на определении . В случае прямого прогнозирования мы имеем с входным сигналом как самый современный образец. Случай обратного прогнозирования , где i — индекс выборки в прошлом, который мы хотим предсказать, а входной сигнал это самый последний образец. [5]
Нормализованная форма LRLS имеет меньше рекурсий и переменных. Его можно вычислить, применив нормализацию к внутренним переменным алгоритма, при которой их величина будет ограничена единицей. Обычно это не используется в приложениях реального времени из-за большого количества операций деления и извлечения квадратного корня, которые требуют высокой вычислительной нагрузки.
↑ Уэлч, Грег и Бишоп, Гэри «Введение в фильтр Калмана» , факультет компьютерных наук, Университет Северной Каролины в Чапел-Хилл, 17 сентября 1997 г., по состоянию на 19 июля 2011 г.
^ Диниз, Пауло С.Р., «Адаптивная фильтрация: алгоритмы и практическая реализация», Springer Nature Switzerland AG 2020, Глава 7: Адаптивные алгоритмы RLS на основе решеток. https://doi.org/10.1007/978-3-030-29057-3_7
Arc.Ask3.Ru Номер скриншота №: b1bbd784a9c02e09c47ba4a5763a178e__1714228800 URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/b1/8e/b1bbd784a9c02e09c47ba4a5763a178e.html Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1: Recursive least squares filter - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)