自适应小波阈值在磁记忆信号降噪处理中的应用

用金属磁记忆方法检测时信号常常被各种噪声污染,为了降低噪声的干扰,对传统阈值方法的局限性进行了分析,并在改进阈值函数的基础上提出了一种自适应小波阈值降噪方法。通过仿真实验对该方法的性能进行了验证,然后将其应用于磁记忆信号的降噪处理中,结果表明算法较好地剔除了信号中的噪声,提高了重建信号的噪声抑制率,降低了信号的失真率,是一种可行的磁记忆信号降噪方法。     

基于LMD-WSVD的半球谐振陀螺混合去噪方法

为了减少半球谐振陀螺(hemispherical resonant gyroscope, HRG)输出噪声对导航精度的影响，提出了一种基于局部均值分解-排列熵-小波变换-奇异值分解的混合去噪方法。首先，使用局部均值分解方法对HRG信号进行分解，然后排列熵将其划分为两类：低频分量和混合分量；之后将小波变换和奇异值分解级联以构成两级滤波器，对混合分量进行降噪处理，最后重构得到最终的信号。通过实验验证了该方法的有效性，实验结果表明，相比原始信号，所提出的方法有效地减少了HRG的输出噪声，提高了其测量精度，其中角度随机游走降低了99.9%,零偏稳定性降低了60.3%。     

基于奇异谱分解的水声信号降噪方法研究

通过对水声信号进行相空间重构,并对重构后的轨迹矩阵进行奇异值分解,得到表征信号能量和噪声强度的奇异谱。对奇异谱进行分析,得到反映噪声强度的噪声平台。对于那些大于噪声平台的特征值,它们具有较大的方差,对应较大的信噪比。利用具有较大方差特征值对应的特征矢量重构状态空间,也就等效于得到了具有较大信噪比改善的重构。通过对3类多个样本的实际水声信号采用奇异值分解进行降噪处理,得到了较为满意的降噪效果,降噪后的信号波形基本上消除了噪声干扰,为水声信号的进一步处理奠定了基础。     

一种基于EMD和ANC技术的自适应降噪方法

为了提高分析信号的信噪比,基于经验模态分解和自适应噪声抵消技术,提出了一种新的信号去噪方法。该方法首先对信号进行自适应噪声抵消,然后进行经验模态分解,得到不同尺度上的固有模态函数,再对不同尺度上的固有模态函数进行噪声属性判定,如果不是噪声则选用不同的滤波参数,进行自适应噪声抵消,最后对各尺度上噪声抵消后的信号进行重构,得到去噪后的信号。结果表明,该方法比基于最小均方误差准则的自适应噪声抵消方法更能有效地消除信号中的噪声。     

基于SVM和EMD 包络谱的滚动轴承故障诊断方法

针对滚动轴承故障振动信号的调制特征和传统包络分析法的缺陷以及现实中难以获得大量典型故障样本的实际情况,提出了一种基于支持向量机(Support Vector Machine,简称SVM)和经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,简称EMD)包络谱的滚动轴承故障诊断方法.该方法首先对原始信号进行经验模态分解,将其分解为多个固有模态函数(Intrinsic Mode Function,简称IMF)之和,然后求出包含主要故障信息的若干个IMF分量的包络谱,最后定义包络谱中各种故障特征频率处的幅值比为特征幅值比,将其作为故障特征向量,并以此作为SVM分类器的输入参数来区分滚动轴承的工作状态和故障类型.实验分析结果表明了该方法的有效性.     

塔克张量域正则极化ESPRIT

针对极化敏感阵列信号波达方向(direction-of-arrival, DOA)估计问题,提出了一种基于塔克张量域序贯截断高阶奇异值分解的正则极化旋转不变参数估计(Tucker tensor based regularized polarimetric estimation of signal parameters via rotational invariance technique, trpESPRIT)方法。首先对阵列接收信号进行塔克张量建模,之后通过序贯截断高阶奇异值分解获得塔克张量域信号子空间,最后利用多旋转不变子空间幅相关系获得信号DOA估计。相比于传统矩阵建模方法,塔克张量建模更便于组织多维数据结构,实现高维的数据匹配操作,而序贯截断高阶奇异值分解则可以获得更高的信号子空间估计精度以及后续的DOA估计。仿真结果表明,trpESPRIT方法较之常规矩阵方法和矢量方法可以更好地抑制噪声,具有更高的信号DOA估计精度,在低信噪比和低快拍条件下仍然具有良好的分辨能力。     

Walsh码软扩频信号降噪算法

针对低信噪比(signal-to-noise ratio, SNR)条件下, Walsh码软扩频信号盲解扩以及多址信号盲分离难以实现的问题,提出一种Walsh码软扩频信号降噪算法。首先,采用经验模态分解(empirical mode decomposition, EMD)算法将Walsh码软扩频信号分解为有限个本征模态函数(intrinsic mode function, IMF),分界点位置可通过Walsh码软扩频信号和噪声的IMF自相关函数收敛速度的差异进行判断。然后,采用小波软阈值滤波算法处理分界点之前的IMF。最后,利用处理后的低阶IMF和分界点后的IMF重构Walsh码软扩频信号,减少由于降噪造成的信号损失。仿真结果表明,在一定低SNR范围内,降噪算法以较低误码率(bit error rate, BER)实现解调,信号损失较少。     

空中目标辐射源的个体识别方法

针对传统的辐射源个体识别方法在低信噪比环境下识别性能不佳的问题,提出了一种空中目标辐射源的个体识别方法,该方法利用经验模态分解和变分模态分解得到信号不同频率的模态分量,将各模态分量的多尺度排列熵作为特征,利用主成分分析对数据进行降维,并采用支持向量机分类器进行辐射源个体识别。仿真结果表明,该方法对相位噪声、频率漂移以及谐波失真等细微特征的识别性能明显优于传统方法,并具有良好的抗噪性。     

锋电位检测信号的EEMD去噪方法研究

神经元锋电位(spike)是研究大脑信息编码的基础,因其宽带、小幅值等特点而极易受噪声干扰。针对spike信号的间歇性及非平稳性,采用经验模态分解(EMD,Empirical Mode Decomposition)的改进算法--整体平均经验模态分解(EEMD,Ensemble Empirical Mode Decomposition)对spike检测信号进行分解并结合小波阈值法进行去噪。EEMD能将信号中间歇性成分有效分离出来,解决了EMD产生的模态混叠问题。基于仿真和实测数据将其与EMD去噪方法及多元小波去噪法进行比较,结果表明:EEMD去噪方法不仅有效提高了spike检测信号的信噪比,而且降低了spike波形的畸变。在3种去噪方法中,EEMD去噪方法效果最为显著,对仿真信号的信噪比平均提高了4.177 2d B。为随后spike信号的分类和信息编码奠定了良好基础。     

CEEMD结合改进小波阈值的激光雷达信号去噪算法

激光雷达远距离回波信号受噪声影响, 严重失真。为了有效去除信号的噪声, 提高回波信号信噪比, 提出一种互补集合经验模态分解(complementary ensemble empirical mode decomposition, CEEMD)结合改进小波阈值的去噪算法。CEEMD可以自适应地分解非线性和非平稳信号, 改进小波阈值函数具有高阶可导特性, 能够克服硬阈值、软阈值函数各自存在的问题。两种方法结合, 可以更有效地去除噪声。首先, 对回波信号进行CEEMD分解, 得到若干固有模态函数(intrinsic mode function, IMF)。其次, 通过相关系数法计算IMF分量与信号的相关系数, 确定相关分量和不相关分量。最后, 对不相关分量使用小波改进阈值法进行去噪, 对相关分量使用粗糙惩罚法进行平滑, 再重构信号。基于实测数据的实验结果表明, 所提算法比CEEMD去噪法和CEEMD结合原改进阈值去噪法, 信噪比分别提升了2.65 dB和0.58 dB。     

基于磁梯度张量的目标定位改进方法

针对目前磁性目标单点磁梯度张量定位方法受地磁场影响较大的问题,通过对单点磁梯度张量定位算法的偏微分推导,提出了基于磁梯度张量的目标定位改进算法,并针对定位算法中的所需变量提出了基于正六面体磁梯度张量测量系统的变量计算方法。所提方法利用磁梯度实现目标定位,降低了地磁场对目标定位的影响。仿真结果证明,与原方法相比所提方法受地磁场测量误差的影响很小,且定位精度较高,磁力仪精度和系统基线是影响定位误差的主要因素。     

基于磁梯度张量的旋转永磁体定位技术

为解决现有无线导航定位系统在一些特殊场合定位精度不高甚至出现无法使用等问题,根据磁场信号穿透力强、可全天候工作的优势,提出了一种基于磁梯度张量(magnetic gradient tensor, MGT)的旋转永磁体三维定位技术。首先,利用旋转单永磁体作为磁信标产生固定频率的正弦磁场信号,在接收端依据信号特征采用总体最小二乘法提取信号。然后,利用Matlab软件对接收到的信号进行数据处理,解算出MGT及磁场强度的大小,通过建立数学模型求得位置信息。最后,在3种旋转频率下对所提出的方法进行实验验证,在45 m内的平均定位误差为0.24 m。分析表明，该方法能够有效降低环境磁场的干扰,具有隐蔽性、实时性等优点,在地下钻进系统、水下航行器运行等领域具有较好的发展前景。     

基于磁梯度张量的旋转永磁体定位技术

为解决现有无线导航定位系统在一些特殊场合定位精度不高甚至出现无法使用等问题,根据磁场信号穿透力强、可全天候工作的优势,提出了一种基于磁梯度张量(magnetic gradient tensor, MGT)的旋转永磁体三维定位技术。首先,利用旋转单永磁体作为磁信标产生固定频率的正弦磁场信号,在接收端依据信号特征采用总体最小二乘法提取信号。然后,利用Matlab软件对接收到的信号进行数据处理,解算出MGT及磁场强度的大小,通过建立数学模型求得位置信息。最后,在3种旋转频率下对所提出的方法进行实验验证,在45 m内的平均定位误差为0.24 m。分析表明，该方法能够有效降低环境磁场的干扰,具有隐蔽性、实时性等优点,在地下钻进系统、水下航行器运行等领域具有较好的发展前景。     

基于辅助粒子滤波的风估计方法研究

对飞行中风场测量值含连续野值较多的问题,提出了将连续野值当作噪声处理的方法。噪声设置为随机游走模型并在状态方程中引入时变系数,利用辅助粒子滤波(APF)处理。与当前的自适应Kalman方法进行了比较,在含10个连续野值的模拟数据处理中,Kalman方法发生了跳变,而APF方法成功地处理了连续野值;APF方法和Kalman方法的平均均方误差分别为0.8313和1.0021。最后,将APF方法用于飞行测量数据处理。结果表明,APF方法能处理更多的连续野值,具有更好的精度和稳定性,适合工程应用。     

峰度检验加窗的EMD脉冲星信号消噪方法

针对经验模态分解(empirical mode decomposition, EMD)过程中本征模态函数(intrinsic mode function, IMF)上存在脉冲星信号与噪声混叠的问题,提出了一种基于局部峰度检验加窗的EMD消噪方法。首先,利用自相关和互相关来判断IMF的重构起点;其次,通过局部峰度检验方法来获取重构起点前两层IMF中信号脉冲部分的左、右端点,选用Turkey Hanning窗滤掉脉冲外噪声;最后,利用自适应阈值方法进一步除噪,改善信号质量。实验结果表明,与其他5种方法相比,所提消噪方法可以有效抑制噪声,保留脉冲星信号细节信息,具有更高的消噪性能。     

#br# 矩匹配和变分方法相结合的MODIS条带去除模型

针对中分辨率成像光谱仪(moderate resolution imaging spectroradiometer,MODIS)影像常见的3种条带噪声,提出了一种矩匹配和变分相结合的多类条带噪声去除模型。首先采用矩匹配方法对MODIS影像做预处理,然后基于变分方法去除条带噪声。能量泛函由L1正则化项、数据保真项和梯度保真项组成,基于Split Bregman迭代计算能量泛函的最优解。实验结果表明,此算法能够有效地去除MODIS影像中常见的条带噪声。与矩匹配、低通滤波及单向全变分方法相比,此模型更好地保留了图像的细节信息,有效抑制了正则化方法在条带去除过程中出现的分块现象。     

基于地磁场的高精度自主导航方法

地磁场矢量可描述成卫星的位置函数,利用三轴磁强计观测地磁场矢量或模,可实现近地卫星在任何运行状态下的自主导航,但是由于地球磁场模型存在不确定性和长期变化性,三轴磁强计存在安装误差和未知比例因子等误差因素,所以目前单一使用三轴磁强计进行自主导航精度有限。提出一种利用地磁场信息在轨修正地磁场模型高斯系数和标定三轴磁强计模型误差的新方法,通过将三轴磁强计与地磁场模型参考值的矢量和模分别作差,推导两种差值与地磁场模型高斯系数和三轴磁强计模型误差参数的数学关系,设计先进滤波算法得到高斯系数及误差参数的最优估计,实时修正地磁场模型和三轴磁强计模型。以某低轨卫星利用地磁场进行自主导航为例,利用数值仿真验证在轨修正后地磁场模型和标定后三轴磁强计模型,并对3种自主导航方法进行仿真结果的分析和比较,论证所设计方法既提高系统导航精度、收敛性和稳定性,又有利于工程实际应用。     

基于磁强计/太阳敏感器的自主导航方法

地磁场矢量是关于卫星位置的函数,利用星载三轴磁强计测量地磁场矢量,并且引入国际地磁场参考模型标准值,即可确定卫星的位置和速度。由于地磁场模型存在不确定性和长期变化性,所以单一使用磁强计自主导航精度有限。提出一种基于三轴磁强计与太阳敏感器相结合的自主导航方法,将太阳敏感器输出的高精度矢量信息与地磁场信息相结合,设计在太阳光照区和太阳阴影区两种情况下基于信息融合的组合导航原理及滤波算法并进行数值仿真,通过对仿真结果进行分析和比较,论证所设计方法既提高了系统的导航精度和鲁棒性,又有利于工程实际应用。     

基于EMD能量占比的海面漂浮小目标特征检测

针对传统的时频分析方法对海杂波分析有限的问题，提出一种基于经验模态分解(empirical mode decomposition, EMD)能量占比的海面漂浮小目标特征检测方法。首先，采用EMD将接收回波分为独立不同尺度的若干个固有模态(intrinsic mode function, IMF)分量，实现对接收回波的频率从高频到低频的分解。然后，分别建立IMF分量与接收回波数据的相关系数，并利用平均均值-标准差之比作为筛选IMF分量的准则，自动筛选出能量较大且波动平稳的低阶IMF分量。最后，提取IMF分量在原始信号中的平均能量占比作为特征，利用蒙特卡罗方法设置门限，进行海面目标异常检测。实测数据的结果显示，所提算法的性能优于对比算法。