可用的泄漏积分器:或用于在线信号分析的递归多项式回归
信号处理
2022-12-14 v3 统计方法学
摘要
通过对加权平方误差(即残差)和的最小化,将局部多项式模型拟合到均匀采样噪声观测或测量序列(即回归),可用于设计适用于多种信号分析问题的数字滤波器,例如生物医学、金融和航空航天应用中的检测、分类与跟踪。此外,此类滤波器的递归实现使用所谓的泄漏积分器网络,产生具有低计算复杂度和无限冲激响应(IIR)的简单数字组件,非常适用于具有高数据速率的嵌入式在线传感系统。本教程将目标跟踪、脉冲边缘检测、峰值检测和异常/变化检测作为示例。Erlang 加权多项式回归提供了一个设计框架,其中状态估计器(例如偏置误差 vs. 随机误差)和 IIR 平滑器(例如频率隔离 vs. 时间定位)的各种设计权衡可直观平衡。Erlang 权重使用平滑参数配置,该参数决定指数尾部的衰减率;以及形状参数,可用于对较新数据打折,从而将更大的相对权重置于过去的时间区间。在 Morrison 1969 年关于序列平滑与预测的论著中,指数权重(即零形状参数情形)以及关于该权重正交的 Laguerre 多项式被详细描述;然而,更一般的 Erlang 权重及由此产生的关联 Laguerre 多项式未被考虑,此后也未在其他地方详细涵盖。因此,本教程的目的之一是解释如何使用 Erlang 权重来塑造并改善递归回归滤波器的响应。
引用
@article{arxiv.2206.04284,
title = {The leaky integrator that could: Or recursive polynomial regression for online signal analysis},
author = {Hugh L Kennedy},
journal= {arXiv preprint arXiv:2206.04284},
year = {2022}
}
备注
Added approximate calculation of bandwidth (i.e. frequency dispersion) for an Erlang window from its variance in the time domain (see Table 6)