维纳滤波的应用综述

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1、基于维纳滤波的应用综述一、维纳滤波概述维纳(wiener)滤波是用來解决从噪声中提取信号问题的一种过滤(或滤波)的方法。实际上这种线性滤波问题，可以看成是一种估计问题或一种线性估计问题。一个线性系统，如果它的单位样本响应为似>0，当输入一个随机信号且%(z?)=5(n)+v(zt)(1.1)其屮s(n)表示信号，v(n)表示噪声，则输出y(n)为>,(z?)=^h{m)x{n-m)(1.2)m我们希望xOO通过线性系统//(«)后得到的)仏)尽量接近于5(/1),因此称y⑻为5,⑻的估A计值，表示，即y(n)=s(n)(1.3)实际上

2、，式(1.2)的卷积形式可以理解为从当前和过去的观察值x⑻，咖1),*2)…x(zwn)，來佔计信号的当前值。因此，川/An)进行过滤的W题可以看成是一个佔计问题。由于现在涉及的信号是随机信号，所以这样一种过滤问题实际上是一种统计估计问题。维纳滤波器的优点是适应而较广，无论平稳随机过程是连续的还是离散的，是标:W: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M络构成维纳滤波器。维纳滤波器的缺点是，要求得到半无限吋间区间内的全部观察数据的条件很难满足，同时它也不能川于噪声为非平稳的

3、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，更多的是基于维纳滤波器发展而来的滤波方式。二、基于维纳滤波的应用2.1在飞机盲降着陆系统中的应用盲降着陆系统(ILS)又译为仪表着陆系统。它的作用是巾地而发射的两束无线电信号实现航向道和下滑道指引，建立一条由跑道指向空中的虚拟路径。飞机通过机载接收设备确定自身与该路径的相对位置，使飞机沿正确方向飞向跑道并1平稳下降高度。最终实现安全着陆。在飞机盲降着陆时，飞机以较慢的恒定速度沿着一个无线电波朿下降。为；r自动对准跑道，通常要为盲h着陆系统提供两个信号。一个是

4、由无线电波束提供的信号，由航向台提供，它与飞机航向滑离跑道方向的大小成正比；另一个信号由飞机通过自身方位的测量来提供。在这两个信号中，前者是飞机位置信号与高频噪声的叠加，作为前面分系统的后者由于飞机下降过程中风向的改变而在信号中引入了低频噪声，作为x20)。为了对飞机的位置信号进行最佳佔计，采用互补维纳滤波器去除无用噪声信号，提高信噪比。由此，增强丫飞机着陆时的精度，提高了飞机自身的安全。2.2在图像处理中的应用在图像处理中，噪声问题是经常会遇到的问题，它使得图像信息受损，降低了信噪比。如何尽可能地滤去噪声，恢复真实的信号，是图像处理

5、巾关键的W题。几类简单、常用的滤波器如维纳滤波器和卡尔曼滤波器等都是假定噪声是高斯的且是加性的，噪声和信号相互独立，这样能得到最小均方误差意义下的最优滤波。对于实际问题中遇到的t:加性噪声，也能通过基于维纳滤波器的思想计算，求出适合的滤波器算式。同时，维纳滤波还是一种常见的图像复原方法，其思想是使复原的图像与原图像的均方误差最小原则采复原图像。2.3在桩基检测中的应用高层建筑、桥梁、海工结构及特殊建筑结构，都需采用深桩基础，即使普通建筑结构,在基础状态比较差的情况下，亦需使用桩基来提高结构的稳定性。桩基质量好坏将直接影响到建筑结构的安

6、全。通过对桩在原位施加动力作用的同时测定桩的响应，根据作用在桩顶上动荷载的能量大小、桩身应力水平以及能否使桩土间产生一定的塑性位移或弹性位移，用以检测桩的质量和承载力。而在实际数据采集中，巾于会受到环境噪咅等因素的影响，往往需要先对数据进行维纳滤波，最大限度的保留有用信号，去除干扰信号，提高检测精度。2.4在超声物位计中的应用在各种非接触测量技术中，超声测距是一种非常实用的技术，随着超声技术的逐渐成熟,超声测ih乍为一种商效、准确、非接触式的测试和检测手段已经广泛地应用于很多行业。超声测距精度和稳定性的关键是准确测量超声波传播时间。当

7、测呈距离较远时，挽能器的不确定因素将导致测量结果的可靠性变差，所以一般会使用维纳估计器用于确定回波与发射信号间的时间延迟，该维纳估计器可以视作力先对回波进行匹配滤波，消除自制换能器的未知因素，然后经过互相关估计器，得到延时估计。匹配滤波器采用维纳滤波，目的在于提高信号带宽内的信噪比。2.5在地震数据信号处理中的应用在现代地震波衰减汁算过程中，为；r更精确计算由于地球内部粘弹性介质影响而产生的地震波能量的袞减，对经过校正处理后的地震信号进行作更进一步的处理，包括消除噪声、多重路释、散射信号等各种影响，以满足精确计算地震波袞减的需要。利用

8、天然地震而波资料计算台站之间的面波袞减系数时，通过相匹配滤波和频率域维纳滤波相结合，得出正确的面波衰减系数的h•算方法，使汁算过程稳定，得到光滑的台问格林函数和避免算误差的进一步扩大，避免了过去川直接谱比法计算经常产生的