一种高速2-D滑动FFT的设计实现

文章介绍了采用2-D快速傅里叶变换(fast Fourier transform,FFT)算法的滑动窗FFT的基本特性原理和硬件实现过程,完成了窗长256点、步长16点的2-D滑动窗FFT的专用集成电路(application specific integrated circuit,ASIC)设计。传统FFT算法受序列完整性的制约,时滞较大,无法满足某些高实时性信号分析领域的处理速度要求。该文采用滑动FFT算法,克服了传统FFT对序列完整性的依赖,设计的滑动FFT处理器使用2-D FFT压缩新序列计算时间,以基16蝶形运算器为核心,采用系数复用和高基Booth方法优化系数编码技术压缩乘法器的数量,减少电路面积。所设计的2-D滑动FFT完成单次滑动窗长的计算时间比传统算法节约了16.1%,变换结果与MATLAB的运算结果相比,信噪比(signal-to-noise ratio,SNR)大于130 dB。在TSMC 28 nm的工艺下,工作主频为600 MHz,面积为1980μm×2060μm。

基于VMD和MRVM变负荷工况下的滚动轴承故障诊断

为了能够对变负荷工况下的轴承早期故障及损伤程度进行准确有效的诊断,提出了基于改进混沌果蝇优化算法的变分模态分解(variable mode decomposition,简称VMD)和基于嵌套一对一算法的多分类相关向量机(multi-class relevance vector machine,简称MRVM)的智能诊断模型。首先,使用改进混沌果蝇优化算法(improved chaotic fruit fly optimization algorithm,简称ICFOA)对VMD的本征模态函数(intrinsic mode function,简称IMF)个数和惩罚参数进行优化,搜索两个参数的最优组合值;其次,使用最优组合参数值对VMD算法的关键参数进行设定,并对已知的故障信号进行分解获得相应的IMF分量;然后,使用嵌套一对一算法构造高精度的多分类RVM学习模型,将IMF分量的二维边际谱熵值作为MRVM的输入特征向量;最后,使用不同载荷下的实验数据进行验证。实验结果表明,所提出的方法能够准确地对变载荷工况下的轴承故障进行诊断,其中轴承故障类型的诊断精度为100%,轴承故障程度的诊断精度为91.87%,诊断精度较高,鲁棒性强。

实信号二维FFT的高效算法

针对实信号频谱的特点，对一维基２时域抽点ＦＦＴ算法做了改进．在此基础上，导出了一个实信号二维ＦＦＴ的高效算法，它可节省一半的存贮空间，计算量减少接近一半．

基于二进小波与PDE的乳腺X线图像增强

腺钼靶X线摄影成像是乳腺癌早期发现、早期诊断的最有效方法,具有重要价值.本文提出结合àtrous算法与偏微分方程的乳腺X线图像增强,该方法在二进小波理论基础上,利用推广的二维àtrous算法对乳腺图进行分解,接着根据低频和高频系数特点设计了不同的软硬阈值法对经过分解后的低频子带进行去噪预处理,进而利用最大类间方差法的7段对称连续分段函数增强;而高频在偏微分方程的P-M正则化模型基础上利用一个新的扩散系数,调整常数α以达到对高频子带噪声较好抑制,后用改进的具有动态范围压缩和颜色保真的多尺度Retinex算法进行增强;最后利用àtrous算法重构增强后的低频和高频子带.为验证该方法的有效性,我们还将其与传统的图像增强方法作比较;仿真试验结果表明,该方法对乳腺X线图像的增强效果远远好于传统的增强方法。

干涉图空域延拓技术研究

现代干涉测试的核心是用合理的算法处理干涉图而获得所需的面形及参数。用二维FFT方法处理干涉图时,由于FFT算法只能处理数字化的离散数据,且要求数据分布区域必须是矩形区域,因此必须设法将圆形区域干涉图扩展延拓成矩形区域。在研究二维FFT法进行干涉测试基本原理的基础上,提出了一种干涉图空域迭代延拓的原理和方法,利用该方法对一幅实际干涉图进行空域延拓,取得了满意的延拓效果。结果表明,该方法具有较高的处理精度,为波面相位复原奠定了基础。

基于传播算子的二维ESPRIT算法

为了提高经典参数估计旋转不变法(Estimation of signal parameters via rotational Invariance Technique,ESPRIT)处理数据的效率,提出基于传播算子的二维虚拟ESPRIT的改进算法。该算法通过构造一组虚拟阵列得到新的虚拟接收数据,利用传播算子将这组新数据与真实阵列得到的数据进行数据重构,从而得到噪声子空间避免特征值分解,最终可估计出用户的二维波达方向估计。理论分析表明,该方法的波达方向估计性能优于传统的ESPRIT方法,且降低了运算量,提高了阵列的利用率和算法的抗干扰能力,最后由计算机仿真实验证明此方法的有效性。

一种VESPRIT-TSM算法研究

为了提高波达方向(Direction of Arrival,DOA)估计的性能,提出一种虚拟借助旋转不变技术估计信号参数的时空矩阵(Virtual Estimating Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques-Time Spatial Matrix,VE-SPRIT-TSM)算法。即利用两行均匀直线阵构造出三组子阵列,并根据由此得到的数据估计用户的二维DOA。理论分析表明,该算法可提高了阵列的利用率,计算误差更小,并能改善DOA的估计性能。计算机仿真实验证明该算法有效。