Kalman滤波器设计:小波去噪与子空间法应用

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0 下载量 8 浏览量 更新于2024-12-10 收藏 4KB ZIP 举报
资源摘要信息:"punliu.zip是一个包含数学方法实现去噪处理的压缩文件,具体使用了部分子空间法和小波去噪思想,同时集成了多种卡尔曼滤波器的设计。标签为'kalman_去噪 子空间',表示该文件主要涉及卡尔曼滤波去噪和子空间分析。压缩包子文件的文件名称列表中包含文件punliu.m,这很可能是用MATLAB语言编写的脚本文件。" 知识点: 1. 卡尔曼滤波(Kalman Filter): 卡尔曼滤波是一种高效的递归滤波器,它估计线性动态系统的状态。该算法通过结合之前的状态估计和新的测量信息,利用状态空间模型,以最小均方误差为准则,对系统状态进行估计。卡尔曼滤波广泛应用于信号处理、自动控制、导航和计算机视觉等领域。 2. 小波去噪(Wavelet Denoising): 小波去噪是利用小波变换将信号分解为不同的频率成分,然后针对不同频率成分进行阈值处理,去除噪声成分,最后重构信号。与傅里叶变换相比,小波变换具有时间-频率局部化特性,因此可以在处理时保留更多的信号细节,并有效地去除噪声。 3. 部分子空间法(Subspace Method): 部分子空间法是一种信号处理技术,通常用于估计信号或系统的参数。该方法将信号分解为多个子空间,如信号子空间和噪声子空间,通过对这些子空间的分析,可以估计出信号的特性和系统参数。这种方法在阵列信号处理、系统识别以及噪声抑制等领域有广泛应用。 4. MATLAB实现: MATLAB是一种高性能的数值计算和可视化软件,它提供了丰富的内置函数库,可以方便地实现各种复杂的数学运算和工程应用。在本压缩文件中,文件名“punliu.m”很可能是一个MATLAB脚本文件,用于实现卡尔曼滤波去噪、小波去噪和子空间分析等数学方法。MATLAB中包含的工具箱如信号处理工具箱、控制系统工具箱等,为上述方法的实现提供了直接的支持。 5. 应用场景: 上述数学方法和相关技术在多个领域具有实际应用价值,例如: - 语音信号处理:在语音识别、语音增强等应用中,通过去噪技术改善语音质量。 - 图像处理:在图像去噪、图像复原等过程中,小波去噪是一种重要的技术手段。 - 通信系统:在无线通信、卫星通信中,卡尔曼滤波可以用于信号跟踪、估计和预测。 - 工业控制:在系统状态估计、故障检测和预测控制中,卡尔曼滤波器可以发挥重要作用。 总结,该压缩文件“punliu.zip”结合了现代信号处理的先进技术,通过MATLAB脚本“punliu.m”实现了基于卡尔曼滤波和小波去噪的信号去噪处理,同时涉及了子空间分析方法。它所含的方法和技术具有广泛的应用前景,并为相关领域的研究和实际问题解决提供了有力的工具。

帮我给每一行代码添加注释 class DeepKalmanFilter(nn.Module): def __init__(self, config): super(DeepKalmanFilter, self).__init__() self.emitter = Emitter(config.z_dim, config.emit_hidden_dim, config.obs_dim) self.transition = Transition(config.z_dim, config.trans_hidden_dim) self.posterior = Posterior( config.z_dim, config.post_hidden_dim, config.obs_dim ) self.z_q_0 = nn.Parameter(torch.zeros(config.z_dim)) self.emit_log_sigma = nn.Parameter(config.emit_log_sigma * torch.ones(config.obs_dim)) self.config = config @staticmethod def reparametrization(mu, sig): return mu + torch.randn_like(sig) * sig @staticmethod def kl_div(mu0, sig0, mu1, sig1): return -0.5 * torch.sum(1 - 2 * sig1.log() + 2 * sig0.log() - (mu1 - mu0).pow(2) / sig1.pow(2) - (sig0 / sig1).pow(2)) def loss(self, obs): time_step = obs.size(1) batch_size = obs.size(0) overshoot_len = self.config.overshooting kl = torch.Tensor([0]).to(self.config.device) reconstruction = torch.Tensor([0]).to(self.config.device) emit_sig = self.emit_log_sigma.exp() for s in range(self.config.sampling_num): z_q_t = self.z_q_0.expand((batch_size, self.config.z_dim)) for t in range(time_step): trans_loc, trans_sig = self.transition(z_q_t) post_loc, post_sig = self.posterior(trans_loc, trans_sig, obs[:, t]) z_q_t = self.reparametrization(post_loc, post_sig) emit_loc = self.emitter(z_q_t) reconstruction += ((emit_loc - obs[:, t]).pow(2).sum(dim=0) / 2 / emit_sig + self.emit_log_sigma * batch_size / 2).sum() if t > 0: over_loc, over_sig = self.transition(overshooting[:overshoot_len - 1]) over_loc = torch.cat([trans_loc.unsqueeze(0), over_loc], dim=0) over_sig = torch.cat([trans_sig.unsqueeze(0), over_sig], dim=0) else: over_loc = trans_loc.unsqueeze(0) over_sig = trans_sig.unsqueeze(0) overshooting = self.reparametrization(over_loc, over_sig) kl = kl + self.kl_div(post_loc.expand_as(over_loc), post_sig.expand_as(over_sig), over_loc, over_sig) / min(t + 1, self.config.overshooting) reconstruction = reconstruction / self.config.sampling_num kl = kl / self.config.sampling_num return reconstruction, kl

2023-02-22 上传