基于判别稀疏编码的液压泵故障诊断

为解决液压泵故障信号特征难以提取的问题,提出了一种基于判别稀疏编码的液压泵故障诊断新方法。在稀疏编码框架中引入Fisher判别准则,通过对训练样本进行字典学习,获取具有判别性的字典与稀疏系数,使用不同故障类别字典对测试样本进行稀疏表示,利用全局分类方法综合重构误差与系数偏差两方面参数,对液压泵故障信号进行识别。实验结果表明,对于不同状态下的液压泵振动信号,该方法可自适应地完成各类子字典的学习与模式识别过程,与传统方法相比,在液压泵故障诊断中具有更高的准确率和较好的稳定性。     

稀疏线性预测字典在语音压缩感知中的应用

压缩感知理论框架可以同时实现信号的采样和压缩,将压缩感知应用于语音信号处理是近年来的研究热点之一.本文根据语音信号的特点,采用K-SVD算法获得稀疏线性预测字典,作为语音信号的稀疏变换矩阵.高斯随机矩阵用于原语音信号的采样从而实现信号的压缩,最后通过正交匹配追踪算法(OMP)和采样压缩匹配追踪算法(Co Sa MP)将已采样压缩的语音信号进行信号重构.实验考察了待处理语音信号帧的长度、压缩比,稀疏变换字典以及压缩感知重构算法等因素对语音压缩感知重构性能的影响,结果表明,基于数据集训练的稀疏线性预测字典相比传统解析构造的离散余弦变换字典,对语音的重构性能具有0.6 d B左右的提升.     

基于非正交傅里叶基的冗余字典设计

在压缩感知理论的稀疏表示过程中,通常选择正交完备字典实现信号稀疏表示.冗余字典比完备字典表现出对信号更好的适应性,常见的冗余字典直接由两个或多个正交完备字典级联而成.为了设计对信号具有更好适应性的冗余字典,改变原有正交完备字典,通过对正交傅里叶完备字典中的原子进行扩展、延时、混叠等一系列变换,设计出一种新的非正交完备字典.在此基础上,将该完备字典与单位矩阵级联构造了新的非正交冗余字典.以一维信号作为测试信号,研究了冗余字典的性能.仿真实验结果表明提出的非正交冗余字典比正交傅里叶完备字典具有更好的稀疏性能和重构性能.     

采用非相关字典学习的滚动轴承故障诊断方法

针对轴承振动信号中早期故障特征难以识别的问题,提出了利用非相关字典学习稀疏提取微弱冲击特征,进而完成故障诊断的方法。字典的构造是影响稀疏表示算法性能的关键步骤,而传统字典学习方法构造的冗余字典,原子之间具有很强的相关性,不足以表现信号不同的结构特性,也不利于信号准确稀疏重构,进而影响了冲击故障特征信号的提取。因此,在K均值奇异值分解算法(K-SVD)的基础上加入了原子解相关的步骤,形成了非相关字典学习算法(INK-SVD)。采用INK-SVD算法在含噪振动信号段样本中,学习构造低相关性自适应字典;在此基础上,利用稀疏表示方法准确提取冲击故障特征,从而实现更准确的轴承故障诊断。通过仿真分析及实验数据分析,与传统字典学习方法相比,该方法稀疏系数恢复精确度更高,重构信号的包络解调谱更有利于故障特征的辨识,从而验证了该方法的有效性。     

基于稀疏表示的轴承早期故障特征提取

低速重载机械设备中的滚动轴承由于承受巨大载荷,极易出现内外环故障. 在故障早期阶段,反映故障特征的冲击成分很微弱,极易被噪声覆盖而难以识别. 为准确诊断轴承早期故障,提出基于稀疏表示的故障特征提取方法. 该方法利用K-SVD字典训练算法构造出能准确匹配冲击成分的字典,克服了参数化字典缺乏自适应性的问题;稀疏编码过程中,采用批处理正交匹配追踪算法(batch orthogonal matching pursuit,Batch-OMP)对振动信号进行分解,以逼近信号的峭度值最大原则作为分解结束条件,自适应确定出分解次数;最后,通过对重构的特征成分进行包络谱分析得出故障类型. 对仿真信号和轴承振动信号进行故障特征提取,结果表明所提方法能准确提取出冲击成分,验证了其有效性和实用性.      

结合系数重用正交匹配追踪的字典学习算法

针对压缩感知中字典对信号稀疏表示能力不足的问题,文中提出了一种结合系数重用正交匹配追踪的自适应字典学习算法,该算法使用系数重用正交匹配追踪算法得到稀疏系数,在字典更新阶段引入上一次迭代过程的先验信息.首先对稀疏系数矩阵进行奇异值分解,再分别用前一次更新的字典对左奇异矩阵和用训练信号对右奇异矩阵进行变换,然后采用变换后的左、右奇异矩阵构造新矩阵,最后利用新矩阵进行字典训练.实验结果表明,采用文中算法得到的字典对图像具有更好的稀疏表示能力,提高了重构图像的质量.     

基于双稀疏字典的轴承故障特征提取

为了改善传统稀疏表示方法故障特征提取精度低的问题，本文提出基于离散余弦（DCT）字典和Laplace小波字典组合方法用于提取轴承故障特征.首先应用离散余弦字典提取谐波信号，以减少谐波信号的干扰；接下来应用Laplace小波字典提取轴承故障冲击进一步减少噪声干扰；引用二次分解正交匹配追踪算法（SS-OMP）求解稀疏系数；重构故障信号并进行包络谱分析，最终提取故障特征.实验结果表明本文方法与单一Laplace小波字典方法和快速谱峭度方法（SK）相比，故障特征提取精度得到了提高，且重构信号的相关系数达到了0.923.     

基于半张量积的修正压缩感知模型重构算法研究

为了降低随机观测矩阵的存储空间,给出一种基于半张量积的正交匹配追踪重构算法.该方法利用半张量积理论,修正压缩感知模型,构造低维观测矩阵对原始信号进行随机观测,并采用正交匹配追踪算法对信号进行重构,从而得到稀疏信号的估计值.仿真实验分别采用1维时域稀疏信号、1维变换域稀疏信号进行测试,并从重构误差、重构概率、重构时间等角度进行了测试.给出的算法可以大大降低观测矩阵的存储空间,也可以降低数据运算复杂度,在压缩感知中可以得到广泛应用.     

基于小波变换和K-SVD的探地雷达杂波抑制研究

针对探地雷达原始图像中存在着大量以地表直达波为主的杂波噪声干扰问题,为了有效提取目标信号,提出了一种基于小波变换和K-Means奇异值分解的自适应双边滤波方法.将原始雷达数据进行小波分解,并应用K-SVD算法变换稀疏编码和更新原子,用更新后的稀疏系数和字典重构小块,将小块进行小波逆变换重构图像,然后对重构图像进行自适应...     

基于DTCWT与GA改进稀疏分解的轴承故障诊断

为解决滚动轴承故障信号信噪比低、故障特征难以提取的问题,提出一种双树复小波分解(DTCWT)与遗传算法(GA)相结合的改进稀疏分解方法.首先,采用双树复小波对轴承振动信号进行分解,并结合峭度最大准则提取包含冲击特征的最优分量,对该分量进行稀疏重构,实现强噪声信号的深度降噪、故障冲击特征的重构;然后,针对稀疏分解在处理高维复杂信号时计算效率低的问题,使用遗传算法优化基于匹配追踪(MP)算法的寻优过程,提升信号的重构效率;最后,提出基于残差信号包络熵的终止准则以合理选取迭代次数.经仿真与实验验证,与传统的稀疏分解相比,该方法能在强噪声背景下自适应地提取故障信号中的冲击特征,实现滚动轴承的故障识别.     

基于改进量子进化算法的稀疏特征提取方法

特征提取是进行模式识别的关键环节,利用稀疏分解将信号表达为具有一定结构特征的原子组合,为提取信号内部特征信息提供了一种有效途径.本文提出基于改进量子进化算法的稀疏特征提取方法,利用改进量子进化算法的并行性和全局搜索能力,使信号在过完备的原子库上实现快速精确的稀疏分解.对过完备的原子库进行量子比特概率幅编码,通过量子比特的交叉进化-变异操作更新原子库,以信号残差与原子的内积作为量子进化目标函数,筛选出最具信号结构特征的原子,凭借稀疏重构实现信号的特征提取.仿真信号和故障轴承振动信号的稀疏特征提取结果表明了所提方法的有效性和优越性.      

多尺度移不变稀疏编码及其在机械故障诊断中的应用

提出了一种融合多尺度信息的高效移不变稀疏编码算法,并用于机械故障诊断. 将移不变稀疏编码作为分类器应用于故障诊断,直接对振动信号进行训练和识别,不需要提取特征和预处理. 为进一步提升效果,将不同尺度的移不变稀疏编码分类器融合在一起. 经实验验证,即使在训练样本和测试样本负载不同的情况下,文中方案仍然能够以较高的准确率识别出轴承的故障位置和程度. 与其他方法相比,文中方法的准确率、鲁棒性更高,具有一定的工程应用价值.      

基于改进SAE的提升机制动系统故障诊断

为了减少传统故障诊断方法人工主观干预对诊断结果的影响,使用无监督学习方式提取提升机监测数据的故障特征,提出了一种基于稀疏自编码器的故障诊断方法.首先分析了制动系统的故障机理,采集了提升机正常运行和故障模拟状态下的监测数据,生成了故障诊断数据集;然后建立了SAE故障诊断模型,并使用Dropout和Adam算法对其进行了优化;最后使用测试数据集对模型的性能进行了测试.试验结果表明,提出的方法较好地避免了稀疏数据的训练误差,减少了过拟合现象,降低了稀疏数据局部最优点的影响,故障类型的平均分类精度达到94%,能有效地进行矿井提升机的故障诊断.     

基于双字典自适应学习算法的低采样率CT重建

在医疗诊断中,稀疏采样能减少CT扫描过程中辐射对患者的伤害.但直接对稀疏采样后的投影数据进行重建,会使CT重建后的图像出现失真、伪影等问题.为保证低采样率下重建图像的质量,提出了双字典自适应学习算法,参照Sparse-Land模型的双字典学习框架,将K-SVD算法与双字典学习算法框架相结合得到补全投影数据,利用FBP算法进行重建得到高质量的重建图像.实验结果表明,在低采样率下使用所提方法进行CT重建的图像质量优于COMP双字典学习算法和MOD双字典学习算法,并且此方法有效提高了CT图像重建在低采样率时的性能.     

基于多字典和稀疏噪声编码的图像超分辨率重建

稀疏表示模型是通过将字典中的原子进行组合得到期望的结果.为了解决传统字典学习中所有图像块重建均使用同一个字典,从而忽略了最佳稀疏域的问题,提出来一种基于多字典和稀疏噪声编码的图像超分辨率重建算法.在字典训练时,利用图像的特征将它们合理地划分成若干个簇,每个聚类训练生成子字典对,利用最佳字典对进行重建.在求解稀疏系数阶段,引入稀疏编码噪声去除噪声的影响,利用图像非局部自相似性来获得原始图像稀疏编码系数的良好估计,然后将观测图像的稀疏编码系数集中到这些估计当中.实验表明,与ASDS算法和SSIM算法相比较,该算法有更好的重建结果,获得了更丰富的图像细节和更清晰的边缘.     

Graph Regularized Sparse Coding Method for Highly Undersampled MRI Reconstruction

The imaging speed is a bottleneck for magnetic resonance imaging( MRI) since it appears. To alleviate this difficulty,a novel graph regularized sparse coding method for highly undersampled MRI reconstruction( GSCMRI) was proposed. The graph regularized sparse coding showed the potential in maintaining the geometrical information of the data. In this study, it was incorporated with two-level Bregman iterative procedure that updated the data term in outer-level and learned dictionary in innerlevel. Moreover,the graph regularized sparse coding and simple dictionary updating stages derived by the inner minimization made the proposed algorithm converge in few iterations, meanwhile achieving superior reconstruction performance. Extensive experimental results have demonstrated GSCMRI can consistently recover both real-valued MR images and complex-valued MR data efficiently,and outperform the current state-of-the-art approaches in terms of higher PSNR and lower HFEN values.     

Application of Decomposition and Denoising of Gearbox Signal Based on Morphological Component Analysis

Morphological component analysis( MCA) is a signal separation method based on signal morphological diversity and sparse representation. MCA can extract the signal components of different morphologies by different dictionary combinations. Firstly,the theory of MCA was analyzed with sparse representation principle and relaxation criterion. Then detailed steps of block coordinate relaxation( BCR) were given. Finally,algorithm performance was verified by simulation signals analysis, MCA was applied to decomposing and denoising gearbox signals, and the fault parameters were extracted by energy operator demodulation envelop of morphological component.     

基于改进稀疏编码模型的图像分类算法

针对图像表示,提出了一种基于改进稀疏编码模型的图像分类算法.首先,提取表示图像视觉局部特征的SIFT (Scale Invariant Feature Transform) 描述子;然后,利用稀疏编码方法生成基于SIFT描述子的视觉词汇库,将SIFT描述子编成稀疏向量;通过有效稀疏向量的区域融合和空间结合而获取整体的稀疏向量并用于图像表示;最后,采用随机森林多分类器对稀疏向量进行训练和测试.结果表明,与现有的算法相比,该算法的性能更佳,可以有效表示图像的特性并提高其分类的准确率.