Minimax adaptive filtering algorithm nonlinear systems with Volterra series of the second order

封面

如何引用文章

全文:

详细

The study solves the problem of filtering nonlinear systems based on the minimax adaptive algorithm of nonlinear systems by Volterra series of the second order, provided that the autocorrelation functions of the useful signal and interference are known with some errors according to the criterion of the maximum standard error of filtering. The author analyses the stationary performance of a minimax adaptive Volterra filter of the second order with the least mean square (LMS) with a constant step size of µ with a time-varying setting. A quantitative assessment of the steadystate excess root-mean-square error (RMSE) has been established, in which the contribution of incorrect gradient adjustment and tracking error is well characterized. Then the optimal step size is set for a time-varying secondorder minimax Volterra filter. Thus, we can study the correlation between the excess MSE and the optimal step size, on the one hand, and the parameters of a time-varying nonlinear system, on the other hand. A simple solution with minimal root-mean-square error for the minimax Volterra filter is obtained, based on the assumption that the input signal of the filter is Gaussian. In addition, we propose an iterative factorization method for developing a subclass of minimax Volterra filters, which can greatly simplify filtering operations. In addition, an adaptive algorithm for the Volterra filter is investigated, as well as its average convergence and asymptotic excess root-mean-square error. Finally, the usefulness of the Volterra filter is demonstrated by its use in studies of nonlinear drift oscillations of moored vessels exposed to random sea waves.

作者简介

Igor Sidorov

Moscow Polytechnic University

编辑信件的主要联系方式.
Email: igor8i2016@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-4691-4855

Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Applied Informatics

38 Bolshaya Semyonovskaya St, Moscow, 125993, Russian Federation

参考

  1. Pupkov KA, Kapalin VI, Yushchenko AS. Functional series in the theory of nonlinear systems. Moscow: Nauka Publ.;1976. (In Russ.)
  2. Pupkov KA, Tsibizova TYu. Implementation of the second-order Voltaire filter for identification of nonlinear control systems. Science and Education: Electronic Scientific and Technical Publication. 2006;(6):3. (In Russ.)
  3. Bobreshov AM, Mymrikova NN. The problems of strongly nonlinear analysis for electron circuits based on Volterra series. Proceedings of Voronezh State University. Series: Physics. Mathematics. 2013;(2):15–25. (In Russ.)
  4. Volterra V. Theory of functionals, integral and integro-differential equations. Moscow: Nauka Publ.; 1982. (In Russ.)
  5. Heiskanen A, Rahkonen T. 5th Order multi-tone Volterra simulator with component level output. 2002 IEEE International Symposium on Circuits and Systems. 2002; 3:591–594. https://doi.org/10.1109/ISCAS.2002.1010293
  6. Kolding TE, Larsen T. High order Volterra series analysis using parallel computing. International Journal of Circuit Theory and Applications. 1997;25(2):107–114.
  7. Helie T, Laroche B. Computation of convergence bounds for Volterra series of linear analytic single-input systems. IEEE Transactions on Automatic Control. 2011;56(9):2062–2072.
  8. Peng ZK, Lang ZQ. On the convergence of the Volterra series representation of the Duffing’s oscilators subjected to harmonic excitations. Journal of Sound and Vibration. 2007;305(1–2):322–332. https://doi.org/10.1016/j.jsv.2007.03.062
  9. Wang T, Brazil TJ. Volterra-mapping-based behavioral modeling of nonlinear circuits and systems for high frequencies. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2007;51(5):1433–1440. https://doi.org/10.1109/TMTT.2003.810151
  10. Zhu Q, Dooley J, Brazil TJ. Simplified Volterra series based behavioral modeling of RF power amplifiers using deviation – reduction. International Microwave Symposium Digest. 2006. p. 1113–1116. https://doi.org/10.1109/MWSYM.2006.249958
  11. Lukyanova NV, Kuznetsov IA. Identification of nonlinear dynamic systems based on the decomposition of functionals by the Wiener method. Management in Marine and Aerospace Systems (UMAS-2014): Materials of the Conference. St. Petersburg; 2014. p. 633–636. (In Russ.)
  12. Pugachev VS. Theory of random functions. Leningrad: Fizmatgiz Publ.; 1962. (In Russ.)
  13. Koh T, Powers EJ. Second-order Volterra filtering and its application to nonlinear system identification. IEEE Transaction on Acoustics, Speech, and Signal Processing. 1985;ASSP-33(6):1445–1455. https://doi.org/10.1109/TASSP.1985.1164730
  14. Kuznetsov VP. On stable linear filtering of random signals. Radio Engineering and Electronic Physics. 1975;(1):2405–2408. (In Russ.)
  15. Sayadi M, Fnaiech F, Guillon S, Najim M. Steadystate performance analysis of the LMS adaptive time varying second order Volterra filter. 1996 8th European Signal Processing Conference (EUSIPCO 1996). Trieste; 1996. p. 1–5. https://doi.org/10.5281/ZENODO.36117
  16. Horn R, Johnson Ch. Matrix analysis. Moscow: Mir Publ.; 1989. (In Russ.)
  17. Reed IS. On a moment theorem for complex Gaussian processes. Ire Transaction on Information. 1962;8(3):194–195. https://doi.org/10.1109/TIT.1962.1057719

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».