一种基于实时处理的长序列数字信号快速算法的研究

本文介绍了一种基于实时处理的数字信号处理算法。该算法首先将长序列分成一个个较短序列 ,然后通过循环卷积求线性卷积 ,使处理过程达到实时、快速的效果。     

分数阶圆周卷积定理及其应用

从分数阶卷积定理出发,提出了适合有限长离散序列的分数阶圆周卷积定理。该定理表明,有限长离散序列的分数阶圆周卷积对应于这两个序列离散分数阶Fourier变换的乘积再乘以一个chirp信号。此外,还提出了应用分数阶圆周卷积定理在时域实现分数阶圆周卷积滤波的方法,以及FrFT-OFDM系统循环前缀加入方法.理论分析和计算机仿真表明了所提出分数阶圆周卷积定理的正确性和应用的有效性.     

序列卷积和计算新方法

求卷积和是在时域中计算离散线性时不变系统响应的重要方法,但长序列卷积和计算的时间复杂度和空间复杂度都很高,实现计算时需要极大内存的计算机系统,而且计算耗时很长。针对这一问题,提出计算长序列卷积和的无数据移动的矢量标积算法,并且在MATLAB环境中编程实现了算法。研究发现,无数据移动的矢量标积算法明显地降低了长序列卷积和计算的空间复杂度和时间复杂度。用无数据移动的矢量标积算法编程,在小内存计算机系统上可以快速计算长序列卷积和。     

一种长序列卷积的默森变换算法

本文深入研究了应用默森变换方法计算长序列卷积的运算问题,给出了一种将长序列卷积缩减为短序列卷积,然后通过采用默森变换进行计算的高效算法。结果表明:当卷积结果长度N=N_1N_2…N_4,N_i为素数,i=1,…,d,则应用该算法计算序列卷积所需要的实数乘法次数M以及实数加法次数A分别为:M=N;A=2N(sum from i=1 to dN_i—d)     

二维因果序列的逆Z变换

该文讨论了计算二维单边逆Z变换的一般方法，将二维序列分为几种情形：可分序列．有限长序列、其它序列，给出的计算方法则有一维法、偏导数法、二维连卷积法、二维围线积分法、二维逆卷积法等。二维逆Z变换远比一维情形复杂，表现在二维收敛域、二元因式分解、庞大的计算量等方面．该文的方法适用于求取较为简单的二维逆Z变换问题，尤以偏导数法和逆卷积法史具实际意义。     

有限长卷积反演问题研究

该文讨论解有限长序列卷积反演的３种方法－一种为时域迭代算法,它根据待求序列长度决策迭代次数,且不存在迭代收敛问题,另一种方法适合于卷积长度,ＦＦＴ点数大约是原卷积序列长度的两倍这种情形,它比经典ＦＦＴ方法节约３３％的计算量,第３种方法与第２种类似,也可节约１５％计量量。与其它方法相比,该文的方法简单易行,运算量少。     

有限长信号线性卷积计算的统一数学方法

引入有限长信号存在区间的上、下限及移动信号、参考信号概念，本文提出了简单直观、规律性强的有限长信号连续或离散时域线性卷积直接计算的统一数学方法与模型。     

计算二维数字卷积的二维重叠保留法

设ｈｋ２,ｋ２代表滤波器的系数（ｋ１＝０,１,…,ｌ２－１,ｋ２＝０,１,…,ｍ２－１）,ｘｎ１,ｎ２和ｎ１,ｎ２（ｎ１＝０,１,…,ｌ１－１,ｎ２＝０,１,…,ｍ１－１）分别代表滤波器的输入和输出,本文给出了计算ｙｎ１,ｎ２（它是ｘｎ１,ｎ２和ｈｎ１,ｎ２的线性卷积）的二维重叠保留法,这是一维重叠保留法的推广和发展．在许多应用中,输入和输出的长度很长,相比之下,滤波器的系数长度较短．如果用直接的方法计算ｙｎ１,ｎ２,其乘法运算的个数将很大．本文指出在数字信号处理领域中用重叠保留法计算ｙｎ１,ｎ２是有效的．这一方法通过计算一系列长为Ｎ和Ｍ的循环卷积来计算ｙｎ１,ｎ２（ｎ１＝０,１,…,ｌ１－１,ｎ２＝０,１,…,ｍ１－１）,这里Ｎ＝２ｄ,Ｍ＝２ｄ′,Ｎ＝Ｎ′＋ｌ２－１＜ｌ１,Ｍ＝Ｍ′＋ｍ２－１＜ｍ１．所以能够用快速数论变换（ＦＮＴＴ）或快速付里叶变换（ＦＦＴ）计算循环卷积．这有可能使我们用这一方法处理一个无限输入序列ｘｎ１,ｎ２和有限滤波器系数ｈｋ１,ｋ２的卷积     

用实数卷积计算代数数域上整数卷积

在信息的数字处理中,卷积是最常见的一种,通常又是通过循环卷积来算.随着数论变换的兴起,人们逐渐用DFT的方法计算整数、复整数甚至代数整数的循环卷积.本文推广了文[2]的方法到一般代数数域上,得出相应的结果.最后证明了进一步的结果:复整数卷积可只通过一次普通卷积算出.     

局部统计量的快速计算算法

本文提出了一种新的在频域中计算局部统计量的快速算法。首先探讨了如何根据局部统计量的具体性质,设计快速卷积算子,然后将该算子与图象作循环卷积以达到快速计算的目的,最后讨论了循环卷积算子与线性卷积算子在计算局部统计量上的异同点。本文算法的最大特点在于计算速度与运算空间不随计算窗口的变化而变化。植物染色体图象的实验表明:本文算法较在时域中直接运算约快5～6倍。     

一种基于VHDL的线性卷积快速算法

传统的线性卷积方法在处理实际工程中经常遇到输入序列具有较长持续时间的情况时，无法达到信号“实时”处理的要求，一般采用分段卷积的思想完成设计。文章设计了一种基于VHDL的快速线性卷积的模块，该模块以XILINX公司的FPGA芯片VIRTEX2V3000作为控制和处理核心，经检验该方法正确且能很好地满足对信号进行实时处理的要求。     

关于循环卷积的一个快速算法

本文指出文献［３］提出的循环卷积快速算法由于忽略了整数位长与时间复杂度的关系，其一次乘法所耗费的时间至少相当于原有的卷积直接乘的时间，若不考虑整数的位长，只用一次乘法便可算出卷积。     

人造地震动反应谱的计算

通过人造地震动拟合过程中地震动反应谱不同计算方法所得计算结果的比较，分析了常用计算方法－－线性积分方法的优缺点：该方法虽可大大缩短计算时间，但在高频带上误差是无法 接受的。同时指出：卷积计算方法虽然耗费大量机时，但由于它仅涉及数据本身，与数据是否连续、可导无关，只有采用该方法计算高频带处的反应谱值方可得到正确结果，如单纯加大采样率或采用非线性内插的积分方法虽然会使计算精度有所提高，但不是解决问题的根本方法；如从计算时间角度考虑，在计算人造地震动的反应谱值时，可分频带计算，即高频带处采用卷积方法，中、低频带处采用线性积分方法。     

圆板切割寻优模型

建立了两种不同情况下的切割寻优模型。模型Ⅰ主要用"相切排列法"通过"方形排列"及"三角形排列"两种情形建立了在一块固定尺寸钢板上切割一种规格小圆板的组合计算模型;模型Ⅱ在模型Ⅰ的基础上讨论了在一块固定尺寸钢板上切割多种规格小圆板的问题,在相应的假设下,通过把圆板看作以其直径为边长的正方形,利用"矩形相切法",建立了一个以钢板使用面积为目标的线性规划模型,进一步可以计算相应地面积利用率。     

基于Fourier变换离散化的连续小波变换频域算法

对于固定的尺度,小波变换是待分析信号与小波基函数的线性卷积。当小波基函数的Fourier变换有显式表达式时,利用其Fourier变换进行线性卷积称为小波变换的频域计算方法。由于线性卷积的长度大于信号的长度,因此,选取线性卷积中的哪一部分作为小波变换的系数也是一个亟需回答的问题。本文利用Fourier变换的离散化和离散Fourier变换的关系由小波变换时域算法推导了小波变换频域算法,证明了时域算法与频域算法的等价性;解释了这两种方法分别应该选取线性卷积中的哪一部分作为小波变换的系数;分析了频域算法产生边界效应的原因;给出了频域算法中参数的选取方法,以便克服边界效应。时间复杂度分析以及数值实验均表明了频域算法至少比时域算法减少了1/3的运行时间。     

基于时间序列与时间卷积网络的滑坡位移预测

滑坡位移预测作为滑坡监测预警的重要组成部分,对滑坡灾害的防治具有重要意义。目前,滑坡位移预测大多集中在循环架构的神经网络模型上,其存在梯度爆炸、消失问题等问题。为此,提出了一种基于时间序列与时间卷积网络(time convolution network, TCN)的滑坡位移预测模型。首先,该模型通过移动平均法将滑坡位移分解为趋势项位移和周期项位移。其次,采用Holt线性趋势模型预测趋势项位移,并建立时间卷积网络预测周期项位移。最后,将趋势项位移和周期项位移叠加,实现滑坡位移的预测。将该模型用于八字门滑坡的观测研究,结果表明：该模型相较于循环架构的神经网络模型能更有效地提取时序特征,预测精度更高。将基于TCN的滑坡位移预测模型应用于滑坡位移预测具有广阔的应用前景。     

线性圆锥互补问题的光滑化牛顿法

给出求解线性圆锥互补问题一种新的光滑化牛顿法. 首先, 基于一个圆锥互补函数的光滑化函数, 将线性圆锥互补问题转化成一个方程组,  然后用光滑化牛顿法求解该方程组; 其次, 在适当假设下, 证明该算法具有全局收敛性和局部二阶收敛性. 数值结果表明, 该算法求解线性圆锥互补问题所需的CPU时间和迭代次数均较少, 且相对稳定, 从而证明了算法的有效性.     

两自由度局部非线性系统的脉冲响应时域法

将两自由度局部非线性振动系统的非线性弹簧力和阻尼力等效成外力,建立数学模型,将线性振动系统的脉冲响应时域法应用于该振动系统,通过对应线性系统的单位脉冲响应与等效非线性力的卷积积分,得到局部非线性振动系统的响应;对该模型进行了数值仿真．实验模型测试结果验证了该方法在局部非线性振动系统领域的可行性,为求解具有局部非线性的大型机械系统的振动响应提供了一种新的思路．     

探讨卷积和的求解方法

讨论了求卷积和的意义,求卷积和常用的方法及优缺点,在此基础上提出了两种新的求卷积和的计算方法,并阐述了其基本原理,这些方法避开了求卷积和时需大量画图的繁琐过程,简化了求卷积和的计算.