改进DLMS震动信号自适应滤波算法与FPGA实现

来源：电子测量技术杂志2024年第20期北京时间：

作者：马翊翔，李剑，贺斌，陈俞安，魏芦俊

单位：1.中北大学省部共建动态测试技术国家重点实验室 太原 030051; 2.中北大学信息探测与处理山西省重点实验室 太原 030051

摘要：在地下浅层爆炸震动信号滤波过程中，D-LMS步长固定，对时变信号处理不灵活，易引发梯度噪声放大现象，且其需要依赖有效信号或噪声的先验信息作为期望信号，在地下浅层震动测试中这些信号通常未知。针对上述问题，围绕地下浅层爆炸震动探测的需求，对自适应滤波算法进行了研究，结合归一化原理提出了改进D-LMS滤波算法，并将其与传统算法在收敛速度、滤波精度方面进行了仿真对比，结果表明此改进算法在震动测试自适应去噪中相比D-LMS算法滤波精度提高约2.3 dB，收敛速度提高约一倍。并将其部署于ZYNQ PL端，设计了延迟模块、步长模块、系数更新模块、滤波模块和误差计算模块，并封装成IP核，嵌入采集系统进行地下浅层震动外场试验，实验表明对实际震动信号，滤波后信号明显优于未滤波信号，证明了自适应滤波模块的有效性，实现了震动信号的实时片上自适应去噪，为地下浅层震动场重建提供了重要支撑。

关键词：最小均方误差;延时最小均方误差;自适应滤波;震动探测;ZYNQ;FPGA

基金资助：国家自然基金面上科学基金（62271453）、中央支持地方项目（YDZJSX2024D031）、山西省青年学术带头人项目（2024Q022）、山西省专利转化专项计划项目（202405004）资助