Three-Dimensional Wind Profile Prediction with Trinion-Valued Adaptive Algorithms

The problem of three-dimensional (3-D) wind profile prediction is addressed based a trinion wind model, which inherently reckons the coupling of the three perpendicular components of a wind field. The augmented trinion statistics are developed and employed to enhance the prediction performance due to its full exploitation of the second-order statistics. The proposed trinion domain processing can be regarded as a more compact version of the existing quaternion-valued approach, with a lower computational complexity. Simulations based on recorded wind data are provided to demonstrate the effectiveness of the proposed methods

On data-selective learning

Adaptive filters are applied in several electronic and communication devices like smartphones, advanced headphones, DSP chips, smart antenna, and teleconference systems. Also, they have application in many areas such as system identification, channel equalization, noise reduction, echo cancellation, interference cancellation, signal prediction, and stock market. Therefore, reducing the energy consumption of the adaptive filtering algorithms has great importance, particularly in green technologies and in devices using battery. In this thesis, data-selective adaptive filters, in particular the set-membership (SM) adaptive filters, are the tools to reach the goal. There are well known SM adaptive filters in literature. This work introduces new algorithms based on the classical ones in order to improve their performances and reduce the number of required arithmetic operations at the same time. Therefore, firstly, we analyze the robustness of the classical SM adaptive filtering algorithms. Secondly, we extend the SM technique to trinion and quaternion systems. Thirdly, by combining SM filtering and partialupdating, we introduce a new improved set-membership affine projection algorithm with constrained step size to improve its stability behavior. Fourthly, we propose some new least-mean-square (LMS) based and recursive least-squares based adaptive filtering algorithms with low computational complexity for sparse systems. Finally, we derive some feature LMS algorithms to exploit the hidden sparsity in the parameters.Filtros adaptativos são aplicados em diversos aparelhos eletrônicos e de comunicação, como smartphones, fone de ouvido avançados, DSP chips, antenas inteligentes e sistemas de teleconferência. Eles também têm aplicação em várias áreas como identificação de sistemas, equalização de canal, cancelamento de eco, cancelamento de interferência, previsão de sinal e mercado de ações. Desse modo, reduzir o consumo de energia de algoritmos adaptativos tem importância significativa, especialmente em tecnologias verdes e aparelhos que usam bateria. Nesta tese, filtros adaptativos com seleção de dados, em particular filtros adaptativos da família set-membership (SM), são apresentados para cumprir essa missão. No presente trabalho objetivamos apresentar novos algoritmos, baseados nos clássicos, a fim de aperfeiçoar seus desempenhos e, ao mesmo tempo, reduzir o número de operações aritméticas exigidas. Dessa forma, primeiro analisamos a robustez dos filtros adaptativos SM clássicos. Segundo, estendemos o SM aos números trinions e quaternions. Terceiro, foram utilizadas também duas famílias de algoritmos, SM filtering e partial-updating, de uma maneira elegante, visando reduzir energia ao máximo possível e obter um desempenho competitivo em termos de estabilidade. Quarto, a tese propõe novos filtros adaptativos baseado em algoritmos least-mean-square (LMS) e mínimos quadrados recursivos com complexidade computacional baixa para espaços esparsos. Finalmente, derivamos alguns algoritmos feature LMS para explorar a esparsidade escondida nos parâmetros