局部投影降噪算法邻域半径参数的选择研究

基于动力系统模型的局部投影非线性降噪算法，对混沌信号和一大类非平稳信号具有明显的降噪效果。利用局部投影算法对信号进行降噪处理，邻域半径的选择对降噪结果有很大的影响。我们研究了基于递归分析的邻域半径参数的估计和基于噪声强度的邻域半径参数估计。通过对Logistic映射和Lorenz模型叠加不同大小的高斯白噪声，对两种邻域半径估计方法进行分析比较，得到了基于噪声强度的邻域半径参数估计方法具有更好的降噪效果，为局部投影降噪算法的应用奠定了基础。     

基于平移不变量的摩擦焊检测信号降噪方法

平移不变量小波降噪方法，首先对所分析的信号进行循环平移；然后将平移后的信号进行软（硬）阈值小波消噪处理；再将消噪后的信号进行逆平移，通过多次‘平移——去噪——逆平移＇过程，最后平均所获得的结果。它能够有效地消除软闽值小波去噪过程中出现的pseudo-Gibbs（伪吉布斯）现象，提高了信噪比，使去噪结果更加逼近于真实信号。将其应用于对摩擦焊检测信号进行降噪处理，实验证明，具有较好的降噪效果。     

基于样本噪声响应法的轮廓波消噪算法

分析了轮廓波消噪的有关性质,提出了适用于轮廓波消噪确定子带阈值收敛因子的样本噪声响应法。该方法根据样本噪声(标准高斯白噪声或者特定冲激信号)作用在每个子带上的统计特性,得到每个子带的收敛因子,使用该收敛因子对3σ(或4σ)准则进行修正来确定不同尺度不同方向子带的硬阈值门限。图像消噪实验结果表明:无论在峰值信噪比方面还是在视觉效果方面,本方法均可以取得比较满意的消噪效果;对于尺度较大的图像,可以极大地加快消噪速度并减小内存需求;硬阈值消噪之后使用自适应维纳滤波,峰值信噪比会有一定程度的提高。     

改进局部投影算法的混沌降噪研究

针对混沌信号降噪算法中邻域和局部噪声子空间的选取问题,提出了一种改进的非线性混沌降噪方法,即将小波理论和非线性混沌降噪算法结合起来,利用小波分析方法对相空间中的点进行初始邻域半径的估计,自适应地在相空间中选取合适的邻域点;并针对每一个小邻域进行不同的非正交投影,从而更新数据点。仿真中分别对Henon映射产生的混沌序列和实际观测的大连降雨量混沌序列进行了研究,结果证明了该方法简单可靠,且能够较好地校正相空间中点的位置,逼近真实的混沌吸引子轨迹。     

蒙卡渲染画面多特征非局部均值滤波降噪算法

针对蒙特卡罗渲染在低光线路径采样率下绘制的图像容易出现噪点的问题，提出一种蒙特卡罗渲染画面多特征非局部均值降噪算法。使用canny算法对场景反射率图进行梯度化，以反射率梯度图为引导图，利用引导滤波器对法向量图预滤波；求出预滤波后法向量图中图像块之间的结构相似性，利用结构相似性倒数的对数值对非局部均值滤波器权值进行改进；利用改进后的非局部均值滤波器对噪点图像进行滤波重构。实验结果表明：该算法能在典型场景中有效降低渲染画面的噪声，改善均方误差和峰值信噪比质量指标。     

基于双密度双树小波变换的超声图像降噪

针对去除斑点噪声提高超声图像质量的问题,提出双密度双树离散小波变换（DD-DT DWT）结合局部方差估计的双变量收缩阈值函数（BFS）的图像降噪改进算法实现超声图像降噪。首先将原始图像用DD-DT DWT进行多尺度分解,根据噪声模型和小波子父代系数确定的局部边缘方差估计阈值,利用子父代小波系数相关性构成的双变量阈值函数,对图像16个方向的小波系数进行非线性自适应的处理,最后重建降噪后的图像。用仿真和真实数据对此算法进行验证,并与其他小波降噪系统的性能比较,结果分析表明噪声图像经该算法降噪后,图像性能指标均有提高,不仅有效的实现图像降噪,而且较好的保留图像细节。     

局部投影去噪的一种改进的邻域选取方法

针对局部投影去噪方法的邻域选取问题,分析了选取邻域点的准确率对去噪结果的影响.结合奇异谱分析技术,提出了一种改进的邻域选取方法.该方法对含噪声的相空间进行奇异值分解,利用较大奇异值对应的主分量重构相空间,在重构后的空间中寻找邻域点,以提高选取的邻域点准确率.用改进后的方法对含噪声的Lorenz序列及太阳黑子月观测值序列进行仿真,仿真结果表明该方法能够有效地提高选取的邻域点的准确率,进而改善局部投影方法的去噪效果.     

小波域上的图像降噪Wiener滤波器设计

小波阈值降噪技术利用小波变换表示信号的稀疏性质，使用对角形式的阈值滤波器达到信号降噪的目的，这个方法在很多信号空间上是近似最优的。但是对于任意信号，在MSE意义上最优的信号估计是Wiener滤波器。提出了一种小波域上的经验Wiener滤波器的设计方法，并应用于图像降噪。实验结果表明，此方法比一般小波阈值降噪法取得的效果要好得多。     

基于噪声子空间特性的波束形成器设计

为高效、高性能地合成阵列接收信号, 提出基于噪声子空间特性的波束形成器设计。首先, 利用噪声的宽带分布特性, 对Capon空间谱的噪声区域做粗采样, 由此进行残留噪声补偿, 获得信号协方差矩阵的估计; 其次, 利用噪声子空间与信号子空间的正交性, 通过信号协方差矩阵分解构造出信号正交补投影算子; 最后, 利用噪声子空间与干扰子空间的正交性, 用该投影算子对观测信号进行处理, 获得干扰功率估计, 进而推导出干扰加噪声协方差矩阵和最终的波束形成器。仿真结果表明, 该方法仅耗费较少的快拍, 即可在大信噪比范围内实现较高信干噪比输出。     

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。     

用于雷达信号分选的连通k近邻聚类算法

为了能够在密集且复杂多变的信号环境中进行实时有效的信号分选，需要一种具有较低复杂度且能够根据信号环境自动调整参数的聚类方法。在模糊聚类算法的基础上结合k近邻搜索，将λ邻域范围搜索变为λ邻域内k近邻搜索，提出了连通k近邻聚类(connected k-nearest neighbor clustering, CkNNC)算法。相比模糊聚类算法，所提算法时间复杂度降低而空间复杂度稍有增加。为使得该算法能够根据信号环境自动进行参数调整，提出了基于k距离图的阈值参数确定方法。所提算法具有时间复杂度低与阈值参数自动确定的特点，仿真结果表明所提算法与使用Calinski-Harabasz指标确定最佳阈值的低复杂度模糊聚类算法相比，分选效果差距不大、性能相近，而时间复杂度大幅下降。     

基于最大输出信噪比的L-DACS1接收机盲自适应波束形成算法

由于L频段数字航空通信系统1(L-band digital aeronautical communication system1, L-DACS1)和民航测距机(distance measuring equipment,DME)系统的频谱有部分重叠,因此在L-DACS1接收机中需要考虑DME干扰的抑制问题。提出了基于最大输出信噪比的干扰抑制和盲波束形成算法。由于DME脉冲干扰的功率较大,首先采用子空间跟踪算法来得到干扰子空间,然后将接收数据向干扰子空间的正交补空间进行投影以抑制DME干扰。干扰抑制后,接收数据中只剩下正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing, OFDM)信号和噪声了。为了充分利用阵列天线的优势,采用了输出信噪比最大准则来进行波束形成,将天线方向图的主瓣对准OFDM信号来向,以提高接收机输出信号的信噪比。仿真表明,该方法不需要先验信息就能够在抑制干扰的同时进行盲波束形成,在OFDM信号来向上获得高增益的主瓣,进而提高输出信噪比;另外,所提的波束形成方法在输入信噪比较低的环境下依然能够形成稳定的波束,将主瓣对准信号来向。     

GNSS抗干扰接收机的自适应波束形成算法

针对全球导航卫星系统（global navigation satellite system, GNSS）接收机的抗干扰问题,以空-时自适应天线阵列为研究对象,提出了组合的自适应波束形成算法。该算法首先采用子空间正交投影技术消除接收信号中的强干扰信号,然后通过最大化相关后信号载噪比（carrier to noise ratio, C/N₀）约束准则加强GNSS信号质量。仿真结果表明,相对于传统的最大化阵列输出信噪比准则,最大化相关后信号C/N₀准则能够提高信号载噪比约4 dB。并且提出的组合算法可使接收机在有效抑制干扰的同时,又能够大大提高信号的捕获和跟踪性能。     

基于邻域搜索JADE的二维Otsu多阈值图像分割

为进一步提高分割精度并加快分割速度,提出了一种基于邻域搜索可选外部存档自适应差分进行算法(简称为JADE-GL)的二维Otsu多阈值图像分割方案。首先,针对原始JADE算法精英突变策略收敛速度慢、容易陷入局部最优等问题,提出了基于邻域半径搜索的改进突变策略,以提升算法的全局探索和开发能力。然后,将所提算法与现有分割方法以及其他JADE变种算法进行二维Otsu多阈值分割对比实验。最后,通过函数收敛曲线、分割距离测度、峰值信噪比(peak signal to noise ratio, PSNR)等指标定量分析算法的性能。实验结果表明,随着阈值数增加,提出的算法无论在收敛速度、分割精度还是分割图像效果上都有显著提升。     

改进小波空域相关滤波的脉冲星微弱信号降噪

脉冲星信号具有极低信噪比,传统降噪算法难以在抑制噪声的同时保留微脉冲等细节信息。为此,提出一种基于改进小波空域相关滤波的脉冲星极弱信号降噪算法。从小波阈值和空域相关算法在极弱信号降噪中的缺陷出发,以保留细节信息和提高信噪比为目标,结合脉冲星辐射信号的严格周期性、相邻周期间的相关性、极低信噪比和窗口辐射等特性,改进了小波空域相关滤波算法。采用Parks射电天文台和罗希（Rossi）X射线时变探测器的脉冲星观测数据进行实验。结果表明,改进小波空域相关滤波算法可以保留更多微脉冲等细节信息,在提高信号的信噪比方面优于现有算法。     

一种混沌信号噪声的抑制方法

利用局部投影算法中局部协方差矩阵存在特征值突变的现象,提出了改进的噪声抑制方法,解决了原算法中噪声空间和信号空间特征向量难以区分的问题,并运用到Henon映射混沌信号的噪声抑制中。通过仿真研究证实,在低信噪比条件下,改进后的算法与原算法相比,降低了绝对误差,提高了噪声抑制的有效性。     

基于邻域搜索JADE的二维Otsu多阈值图像分割

为进一步提高分割精度并加快分割速度,提出了一种基于邻域搜索可选外部存档自适应差分进行算法(简称为JADE-GL)的二维Otsu多阈值图像分割方案。首先,针对原始JADE算法精英突变策略收敛速度慢、容易陷入局部最优等问题,提出了基于邻域半径搜索的改进突变策略,以提升算法的全局探索和开发能力。然后,将所提算法与现有分割方法以及其他JADE变种算法进行二维Otsu多阈值分割对比实验。最后,通过函数收敛曲线、分割距离测度、峰值信噪比(peak signal to noise ratio, PSNR)等指标定量分析算法的性能。实验结果表明,随着阈值数增加,提出的算法无论在收敛速度、分割精度还是分割图像效果上都有显著提升。     

基于非线性多小波变换的信号去噪方法

介绍了一种基于非线性多小波变换的信号去噪方法。通常子波域去噪中使用的Donoho软阈值法是很有效的，但是，由于忽略了边缘检测，导致在重构信号时丢失了部分的边缘信息，着眼于上述不足，在非线性多小波变换的基础上，提出了一种边缘检测与软阈值去噪相结合的去噪算法，实验证明此算法对提高重构信号的信噪比是非常有效的。     

基于轮廓波变换和改进模糊c均值聚类的红外图像分割

针对红外图像分辨率低、对比度弱、易受噪声污染等特点,给出了轮廓波变换与模糊c均值聚类相结合的红外图像分割方法。该方法首先在假定图像轮廓波变换系数的先验为高斯分布的基础上,将基于最大后验概率准则的比例萎缩法应用于红外图像降噪,以完成分割前的预处理过程,然后利用改进的模糊c均值算法对降噪后的红外图像进行分割。针对标准模糊c均值分割存在的问题,本文提出的方法从基于样本直方图的最小最大距离法的初始聚类中心确定、考虑邻域像素相关性的样本点聚类权值和邻域隶属度修正三个方面加以改进,在保证分割精度的基础上,进一步滤除降噪阶段遗留下的图像噪声。对一系列红外图像进行实验的结果表明,相对于标准模糊c均值算法,本文提出的改进算法划分熵平均降低约10%,区域对比度提高约27%,能够实现对受到噪声污染红外图像的有效分割。     

基于非线性时间序列的胎儿心电信号提取算法

研究了基于非线性时间序列的状态空间投影算法提取胎儿心电信号.母亲、胎儿心电信号以及噪声在状态空间中的吸引子表现形式不同,通过选择不同的邻域半径,将混合信号在某一局部范围内投影,就可以分离出所要监测的胎儿心电信号.对模拟的和实际测量的孕妇腹部混合信号仿真,都得到了较好的效果.相对于其它胎儿心电信号提取算法,该方法只需要一路导联信号就可以分离出胎儿心电信号,方便了医生对胎儿的监测.该算法对其它微弱特征信号提取具有借鉴作用.