一种非线性Chirp信号模态分解算法研究

在实际问题中,非线性Chirp信号模态分量提取问题一直是信号处理领域的难点之一,因此,该文通过理论分析与仿真验证,提出一种非线性Chirp信号模态分解算法。该算法采用解调技术将宽带信号转换为窄带信号,然后,将分解问题表述为一个解调问题的最优求解过程,进而采用交替方向乘子法和反解调算子联合分析得到全局最优解。通过仿真信号分解结果表明,所提取的分量频率绝对误差不超过0.02 Hz,分量的幅值波动相对误差小于1%;进一步研究该算法在不同信噪比情况下的估计信号的均方根误差(RMSE)和二范数(L2),在信噪比大于12 dB时,误差在可接受范围内,在信噪比大于20 dB时,RMSE和L2趋于稳定下降状态。通过分析不同信噪比下的仿真信号,验证该文所提出算法的正确性,可为非线性Chirp信号的模态分解提供一种新方法,具备一定的应用价值。

可见光通信网络信号非线性失真自适应校正方法研究

可见光通信网络是现今通信领域中的主要构成部分之一,但其应用的物理设备(LED照明设备)具有非线性特征,致使可见光通信网络信号出现非线性失真情况,影响着用户通信的质量,故提出可见光通信网络信号非线性失真自适应校正方法研究。通过深入分析可知信号非线性失真分为非线性转换失真和非线性限幅失真,以此为基础,设计信号非线性失真校正电路(DG预失真校正电路与DP预失真校正电路),引入自适应算法制定信号非线性失真自适应校正架构,确定信号非线性失真自适应校正公式,从而实现了信号非线性失真的有效校正。实验数据显示:应用提出方法获得的信号非线性失真自适应校正结果中不存在非线性失真现象,通信信号接收误码率最小值为3%,充分证实了提出方法应用性能更加优质。

基于数据驱动自适应变分非线性chirp模态分解的瞬时频率识别

为降低初始频率和信号噪声对变分非线性chirp模态分解(variational nonlinear chirp mode decomposition,VNCMD)的影响,提出了一种基于数据驱动自适应变分非线性chirp模态分解(data-driven adaptive variational nonlinear chirp mode decomposition,DDAVNCMD)的方法。通过模态能量占比确定响应信号的模态个数,同时采用导数归一化算法初步估算模态分量的初始频率,并添加迭代时变滤波器来降低噪声的影响,在此基础上再对响应信号进行VNCMD。通过单分量和多分量解析信号及拉索结构试验对所提方法进行验证。研究结果表明,基于DDAVNCMD的瞬时频率识别方法具有较好的准确性和抗噪性。

基于眼电信号非线性动力学特征的针灸“治神”客观化研究

目的基于不同关注状态下眼电信号的采集及非线性动力学分析技术,初步探索针灸“治神”客观化研究的可行性。方法于2023年2—6月福建中医药大学第三人民医院康复二科招募50例健康在读大学生。受试者设置3种关注状态,关注状态Ⅰ:受试者专心体会针感;关注状态Ⅱ:受试者关注于手机视频及音频内容;关注状态Ⅲ:受试者与研究人员进行自然交谈。受试者按相同顺序依次接受3种关注状态下的足三里针刺干预,每次针刺2 min,每种关注状态干预间隔7 d洗脱期。采集受试者行针过程中内眼电信号,并计算动态时间规整(DTW)、近似熵(ApEn)、关联维数(D_(2)),构建不同关注状态人工神经网络预测模型。结果与关注状态Ⅰ比较,关注状态Ⅱ的D_(2)和关注状态Ⅲ的D_(2)、DTW均明显提高(P<0.05);与关注状态Ⅱ比较,关注状态Ⅲ的D_(2)、DTW均明显提高(P<0.05)。logistic回归分析结果显示:D_(2)是影响区分不同关注状态的主要因素(P<0.05),而ApEn、DTW与关注状态间无明显关联性(P>0.05)。采用多层感知器神经网络构建的不同关注状态分类预测模型训练集平均准确率为75.00%,平均精确率为62.14%;验证集平均准确率为73.30%,平均精确率为66.61%。结论眼电信号D_(2)具有研判针灸临床不同关注状态的能力,可能是客观化表征针灸“治神”的潜在指标。

具有非线性信号产生的拟线性两种群趋化模型解的有界性

在齐次Neumann边界条件下,主要考虑一类具有非线性信号产生的拟线性两种群趋化模型.在适当的初值假设条件下,当模型中的参数满足一定条件时,研究了该模型解的全局有界性.利用椭圆方程的L^(p)理论、Young不等式、Holder不等式和常微分比较原理等数学工具,当模型中参数在一定的取值范围时,证明该模型存在全局有界经典解.

基于误差补偿的光源调频非线性校正研究

由于FMCW光源非线性频率调制的影响,其差频信号的频谱会出现展宽,降低频谱分辨率,因此光源非线性校正是该体制激光雷达精确测距的前提。为了避免现有非线性校正技术系统结构复杂,测量成本高的缺陷,本文提出了基于误差补偿的FMCW光源非线性校正法。该方法通过输出信号与线性回归数据之间的误差,构建与输出信号频率变化趋势相反的校正数据作为激光器的调制信号源。经过若干次循环补偿,逐步将输出信号频率与线性回归数据之间的决定系数提高到0.9995以上。最终通过距离测量实验,验证了该方法的有效性和可行性。

光强非线性响应下的光致热弹光谱光强修正

提出了基于光强非线性响应的光致热弹光谱光强修正方法,实现了激光光强的准确修正。控制DFB激光器工作于波长调制模式,设置激光调制频率为16369.75 Hz,通过光纤放大器增强其出射光强非线性项的幅值,光束经多次反射池后汇聚于石英音叉根部激发光热信号,采用数字锁相放大器解调得到对应的谐波信号,通过多项式拟合谐波信号背景,反演得到与浓度及光强分别对应的谐波信号。实验结果表明,当光强从22.03 mW变化至3.16 mW,谐波信号背景幅值与光强具有良好的线性关系,线性相关系数大于0.998,归一化后的谐波信号幅值波动小于0.37%。针对甲烷测量,系统在较大的浓度范围内具有良好的线性响应,谐波信号信噪比表明系统的最低检测限达0.22×10-6。该研究为光致热弹光谱的光强修正提供了一种新的方法,可有效提高LITES系统在长期测量应用中的稳定性。

全光通信网络非线性突变频率干扰检测算法

【目的】针对全光通信网络非线性突变频率干扰问题进行分析时,主要依托于估计信道协方差直接展开干扰检测,并未展开网络通信信号变换处理,使得检测结果的F1⁃score值较低,为此提出了基于时域有限差分的全光通信网络非线性突变频率干扰检测算法。【方法】结合数据包抓包和镜像两种方式采集全光通信网络流量数据,并进行清理、转换和规约处理。依托于时域有限差分工作原理,在时域和频域空间内描述信号的时宽和带宽,应用导数与傅里叶变换算法对实时采集信号进行处理,利用变换后的信号分析非线性突变频率干扰情况,再针对变换后的信号进行检测分析。在时间⁃频率联合特征分析方法辅助下,提取干扰信号的时域、频域特征,依托于反向传播算法和最小化损失函数,简化非线性突变频率干扰检测过程,采用特征距离函数替换网络损失函数,并将其输入基于孪生网络的干扰识别模型中,得出非线性突变频率干扰检测结果。【结果】在不同噪声条件下,所提算法非线性突变频率干扰检测结果的F1⁃score值保持在0.95以上,检测时间低于40 ms。【结论】应用时域有限差分方法的新型检测方法,能够更准确地反映当前通信网络的干扰情况,保证通信网络正常运行,更好地满足了全光通信网络干扰检测要求。

过阻尼非线性系统抑制大频率噪声机理及其弱信号检测研究

文章应用四阶Runge-Kutta算法对非线性Langevin方程进行分析,研究过阻尼非线性双稳态系统抑制噪声效应机理和大频率弱信号通过非线性双稳态系统的输出特性.数值计算结果表明,在选择适当系统参数的条件下,过阻尼非线性双稳态系统对伴随大频率弱信号的噪声具有强烈的抑制作用,使得输出信号的信噪比明显提高.将该系统用于强噪声背景下的弱信号检测,达到了识别大频率弱信号的目的,具有较高的应用价值.

改进多尺度Chirplet路径追踪算法在非线性调频信号估计中的应用

针对在低信噪比(Signal-to-Noise Ratio,SNR)下雷达非线性调频信号(Non-linear Frequency Modulation,NLFM)瞬时频率估计精度不足的问题,提出一种基于多尺度线调频小波路径追踪算法(Multi-scale Chirplet Path Pursuit,MCPP)的拟合方法估计信号的瞬时频率。首先,该方法将时频平面分成二进制动态时间支撑区并形成多尺度线调频(Chirp)原子函数库;然后在每一个时间支撑区选择一个投影系数最大的Chirp原子,按照连接原则进行最佳路径连接;最后按时间支撑区顺序提取每个Chirp原子的起始和终止频率,采用最小二乘法进行瞬时频率拟合。仿真表明该方法在低信噪比下可以提高信号瞬时频率估计的精度。

负载口独立控制系统非线性滤波振动抑制方法

针对负载口独立控制系统在作业过程中时常因控制信号突变而造成执行器速度振荡及液压缸两腔压力波动,从而导致操作舒适性和机器可靠性降低甚至引发安全事故的问题,首先,分析了负载口独立控制系统压力流量复合控制策略以及传统阻尼补偿方法抑振的局限性,阐明了引发速度振荡与压力波动的原因;然后,基于该控制系统,提出了采用非线性滤波器修改突变控制信号的抑振方法,并给出了非线性滤波器的边界选取原则;最后,设计了负载口独立控制系统的进出口阀控制器,通过修改参考流量信号,降低了不同突变信号对执行器速度带来的影响。基于20 t挖掘机负载口独立控制系统开展数值仿真,结果表明:相较于传统阻尼补偿方法,采用所提方法能够有效降低阶跃、斜坡信号引起的执行器速度振荡与压力波动,且在动臂液压缸全伸、全缩典型工况下压力波动较小,并使速度振荡降低了32.5%~64.7%,从而有效改善了系统的动态特性。

基于非线性建模与拟合的永磁同步电机转子初始位置精确估计方法

针对永磁同步电机转子初始位置估计的精度与收敛速度受限问题,提出一种基于高频信号注入的非线性建模与拟合实现的初始位置估计方法。首先,建立初始位置与高频信号响应的关联模型,表明高频响应可用于直接计算初始位置,但直接计算结果在大部分转子位置易受测量噪声的影响。为此,提出基于多项式模型建立位置估计非线性模型,选取合适的模型参数,利用少量测试点拟合该模型,即可实现初始位置的快速精确估计,有效提高了估计精度与系统抗干扰能力。实验与仿真结果表明,相比现有方法,提出的方法易于实现,无需复杂滤波器与观测器设计,仅需要选取少量测试点即可快速估计精确转子初始位置,在保证估计精度的同时改进了传统估计方法收敛速度慢问题。

带载漏的射频Chirp信号的非线性放大

从产生射频Chirp信号的基本原理入手,分析了载波信号泄漏的机理以及带载漏的射频Chirp信号是如何产生的;研究了功率放大器的非线性对伴有载漏的射频Chirp信号幅频和相频特性失真的影响,以及失真后的信号脉冲压缩的结果。提出了一种有效的校正Chirp信号谱的方法。

非线性燃烧不稳定振荡幅值演化特征信号辨识方法研究

固体火箭发动机非线性不稳定压强振荡信号存在明显的多阶模态共存现象,且各个模态幅值随时间变化特性不同,模态之间存在振荡能量的传递与演化过程。为研究非线性燃烧不稳定模态间能量传递的演化规律,首先需要对振荡信号进行准确的模态分解。基于变分模态分解(VMD)方法,提出了一种可用于固体火箭发动机非线性不稳定振荡信号的自适应模态分解方法SPSO-VMD,解决了传统VMD方法无法自适应问题,在提高信号分解精度的同时极大的降低了计算时间。基于该方法,对典型的非线性燃烧不稳定信号的各阶模态进行了分解和分析。结果表明,该方法能准确地获得非线性燃烧不稳定振荡信号中各阶模态的频率和幅值,频率误差为0,幅值误差小于0.5%。最后,将该方法应用于真实发动机振荡数据获得了各阶模态幅值信息,为后续各阶模态之间能量传递演化研究提供了关键、准确的数据支撑。

非周期二进制/M进制信号激励下非线性系统的非周期共振研究

研究单一非周期二进制或M进制信号激励下一类非线性系统的非周期共振现象及其度量方法,重点探讨了系统参数引起的非周期共振.提出了适用于非周期共振度量的响应幅值增益指标,并结合互相关系数和误码率展开研究.结果发现,互相关系数能够较好地描述系统输出和输入信号之间的同步性及波形相似性但无法刻画信号通过系统后被放大的程度.响应幅值增益能够较好地描述信号通过系统后幅值被放大的程度,但无法反映系统输出和输入信号之间的同步性及波形相似性.非周期共振发生在互相关系数取谷值和响应幅值增益取峰值处,且两种指标曲线反映的共振点相同.误码率在合适的阈值下可以描述系统输出和输入信号之间的同步性以及非周期信号通过系统后被放大的程度,误码率曲线可以直接给出非周期共振的共振区.单一非周期二进制或M进制信号激励下的非线性系统可以发生非周期共振,其共振效果需要综合互相关系数、响应幅值增益、误码率等指标进行度量.

非线性方程组的方向重启改进型算法及应用

提出一种方向重启改进的共轭梯度算法,旨在优化凸约束非线性方程组和稀疏信号恢复问题的求解过程。通过修正经典的共轭参数设计新的搜索方向,并结合投影技术与无导数线搜索技术来更新迭代点。新的搜索方向在不依赖于任何线搜索下具备充分下降性与信赖域特征,且在合理的假设下证明了新算法的全局收敛性质。数值实验结果表明,新算法在求解凸约束非线性方程组和信号恢复的应用场景中,相比同类算法具有更优的性能和更广泛的应用潜力。

基于变尺度杜芬阵列的超声非线性输出信号检测

针对超声非线性输出信号中二次谐波信号比较弱且是经过复杂传播的非线性时间序列,利用变尺度杜芬阵列对超声非线性输出信号进行检测评估材料的疲劳损伤。首先对杜芬振子进行频率变换、分析初始相位对检测结果的影响,构建检测实际工程信号的杜芬阵列模型,并对超声非线性输出信号进行变尺度变换,使杜芬阵列与超声非线性输出信号相匹配。当处理信号输入杜芬阵列模型时,第二个杜芬振子相轨迹由混沌状态过渡至大尺度周期状态,微弱二次谐波信号可以被有效地检测出来。根据杜芬振子总驱动力幅值和响应信号幅值之间的对应关系对二次谐波信号幅值进行有效估算。最后,探究随机噪声对检测模型的影响,当待测信号含有噪声时,杜芬振子相图仍变为大尺度周期状态,随着信噪比降低,相轨迹越来越粗糙,且稳定性变差。以上分析表明,利用构建的杜芬阵列模型能够有效检测超声非线性输出信号的二次谐波,对材料的疲劳损伤状态进行有效评估。

一类具有间接信号生成的非线性生物趋化模型解的有界性

讨论一类具有间接信号生成的非线性生物趋化模型{u_(t)=▽·(D(u)▽u)-▽·(S(u)▽v),x∈Ω,t>0,v_(t)=Δv-v+w,x∈Ω,t>0,τw_(t)=-δw+u,x∈Ω,t>0,其中:Ω■R^(N)(N≥2)表示具有光滑边界的有界区域;参数τ,δ>0;对于任意的u≥0,非线性扩散系数D(u)和趋化敏感函数S(u)满足D(u),S(u)∈C^(2)[0,∞),D(u)≥M 1(u+1)^(-m),S(u)≥M 2u(u+1)^(l-1)其中M1,M2>0,m,l∈R.在max{m,m+l}<2/N且δ>τ时,证明了上述模型在齐次Neumman边界条件下存在全局有界解.

基于星载气象雷达的非线性调频信号优化设计

随着天气观测、研究和规划的进展,气象雷达技术的开发工作取得了重大进展。脉冲压缩使新一代低成本、紧凑型星载天气雷达系统成为可能。为了抑制脉压带来的距离旁瓣,目标探测雷达通常采用基于幅度调制和失配滤波的方法,但由于其存在主瓣扩展和功率损失等缺点,不适用于气象观测。非线性调频(NLFM)信号可以调整其功率谱密度,在明显不降低信噪比的情况下提供较低的旁瓣输出。本文设计了一种新的波形优化框架。该框架通过多目标粒子群优化算法(MOPOS)构造了一种针对气象粒子目标的非线性调频(NLFM)脉冲压缩波形,实现了极低的距离旁瓣电平和较高的多普勒容限,可以显著地缓解非常有限的卫星峰值功率的限制和卫星平台运动导致的多普勒对系统影响。仿真实验结果表明:改进的非线性调频波形具有良好的性能。

一种非线性chirp扩频的高效多址接入技术

为提高基于chirp调制技术的无线通信系统的多址接入能力,提出一种基于非线性chirp扩频的高效多址接入技术.该技术利用chirp扩频的独特技术优势以及非线性chirp信号自身的特性来抑制MAI.仿真结果显示,这一新的多址接入技术可以容纳较多的用户同时接入,而不明显降低系统的误码率性能,与现有的利用chirp扩频的多址接入技术相比较,本文提出的新技术在同样条件下具有更好的BER性能.