基于原子库结构特性的信号稀疏分解

在matchingpursuit(MP)方法的基础上,利用信号稀疏分解中使用的过完备原子库结构特性,提出了一种新的信号稀疏分解算法。新算法兼顾了稀疏分解过程中计算量和存储量,信号稀疏分解的速度是常规的MP方法的15. 9倍.实验结果证明了算法的有效性.

基于混沌与Pseudo-Newton法组合优化的直接衰减正弦原子库分解方法在低频振荡分析中的应用

传统原子库分解法在对信号进行分解时，往往先将信号分解为较易离散化的Gabor原子，再转化为衰减正弦原子，由于Gabor原子库并不符合振荡信号的本质特性，加之转化过程为近似转化，使分解存在双重误差。为克服以上不足，提出一种新的低频振荡分析方法，即基于混沌与Pseudo-Newton法组合优化的直接衰减正弦原子库分解方法。为了解决离散困难和六维空间寻优效率低的问题，采用混沌与Pseudo-Newton法组合优化方法，可以同时对6个参数进行寻优，极大的提高方法的速度。通过对自合成信号、仿真信号、华中电网能量管理单元实测信号等3个算例进行分析，并与其他2种辨识方法进行对比，表明该文算法在计算精度、辨识速度、抗噪能力方面都有较大优势。

基于GA和过完备原子库划分的MP信号稀疏分解算法

信号稀疏分解计算量大是阻碍其实时应用的主要因素。研究基于匹配追踪(Matching Pursuit)方法实现的信号稀疏分解算法,提出了基于过完备原子库集合划分的、分两阶段搜索的、遗传算法快速寻找MP过程中每一步分解的最佳原子,在稀疏分解重建信号质量不变的条件下,提高了稀疏分解的速度。算法的有效性为实验结果所证实。

基于级联原子库的时频原子分解

为了分解多分量雷达辐射源信号,提出一种基于级联原子库的时频原子分解方法。该方法先构建级联原子库,采用该原子库对信号进行时频原子分解,以得到信号的最优稀疏表示。仿真实验结果表明,对多分量雷达辐射源信号进行时频原子分解,该方法在重构精度、衰减率和重构信号时频聚集性3个方面均优于单一时频原子库下的时频原子分解方法。

双曲调频信号的级联原子库参数估计

为降低水下通信中出现的多径和多普勒效应,提高水下目标探测精度,采用双曲调频信号作为探测信号,利用双曲调频信号(hyperbolic modulation frequency,HFM)时频变化具有双曲线的特征,通过建立HFM信号时间-尺度级联原子库模型,在原子库中寻找最优解,进而对HFM信号的两个频率变化因子进行估计。计算机仿真和水池实验的结果均证明,相较于现在常用的小波-拉东变换(wavelet-Radon)估计方法,本方法的均方根误差小于1%,因此在水下目标探测中有较大的应用价值。

基于余弦过完备原子库的语音信号MP稀疏分解

本文以语音信号为研究对象,根据语音信号具有类周期的结构特性选用余弦过完备原子库,在其上进行基于MP的语音信号稀疏分解。该方法在保证重构语音信号质量的同时较大幅度地缩小了原子库,进而节省了存储空间和计算时间。通过计算机仿真证明了余弦过完备原子库对于具有类周期特性的信号比Gabor原子库在分解重构上更为有效。

基于级联原子库的谐波分析方法

提出一种基于级联原子库的谐波分析算法,该方法首先构造包含余弦原子和冲击原子的级联原子库,然后用该级联原子库对谐波信号进行稀疏分解,从而得到各个谐波信号分量的稀疏表示。该方法用余弦原子来表示谐波信号,用冲击原子来表示脉冲噪声,因此该方法能将噪声和谐波信号分离看,对脉冲噪声具有一定的鲁棒性。仿真实验结果显示,在信号受到脉冲噪声受严重干扰时,仍能较好地分析出谐波信号的各个参数。

雷达辐射源信号时频原子库研究

在雷达辐射源信号时频原子分解中,原子库的特性直接影响着时频原子库的挑选,如何选取最佳的时频原子库对不同类型的雷达辐射源信号进行分解具有很重要的意义。针对这一问题,利用5种结构性能不同的原子库,结合量子进化算法对5种不同类别的雷达辐射源信号进行时频原子分解。实验结果表明,时频原子选择与雷达辐射源信号的特点密切相关。

基于相关原子库的直流配电网电能质量扰动检测方法

针对直流配电网电能质量扰动问题,构建了基于特征量的相关原子库,提出了基于相关原子库的粒子群优化匹配追踪算法。分析了直流电网电能质量问题产生机理,构建了描述直流电能质量扰动的相关原子库,采用粒子群优化匹配追踪算法进行原子分解,建立了算法流程。算例验证了本文所提出算法能够准确检测直流配电网电能质量扰动,有效降低原子算法计算量并具有一定的抗干扰能力。

基于信号结构的稀疏分解原子库的优化策略

压缩传感技术应用于超声无损检测领域可有效减少检测的数据量,但其面临的一个技术瓶颈是稀疏分解原子库规模巨大,导致信号重构时间的贪婪性,降低了该项技术的实用性。文中通过分析频率因子、相位因子以及尺度因子与信号结构的关联特性,提出原子库优化策略,使原子库的规模减少为常规建库的1/8,提高了信号处理的实时性。

信号在过完备库上分解中原子形成的快速算法

针对信号在过完备库上分解中原子生成速度慢的难题,提出了一种原子生成的快速算法.首先根据原子的尺度把原子分成小原子和大原子2类.对于小原子,因为其能量集中在较小的范围,所以用小范围生成的局部原子代替整个原子.对于大原子,先生成相应的较小原子,然后通过插值方法生成大原子.实验结果表明,当信号长度为256时,本算法在重建信号的质量没有任何改变的条件下,原子生成的速度比传统算法提高了4. 7倍.

利用双通道级联型原子库实现辐射场双模压缩真空态

本文研究了利用双级联型四能级原子实现高纯度、强的双模腔场压缩纠缠态。考虑将四能级联型原子注入至一个双模腔中,腔场与原子能级形成共振的相互作用。在原子-腔场弱相互作用下,若原子自发辐射速率远大于腔场的衰减速率,在腔场相干时间内将原子视为腔场的外部环境库,我们推导出腔场所满足的主方程。通过分析主方程并发现：在不考虑腔场真空耗散的情况下,腔场等效地与一个双模压缩真空库耦合,因此在稳态区域处于纯的双模压缩真空态,并且压缩程度只依赖于原子初始上能级的布居;在考虑腔场耗散的情况下,耗散对其纯度的影响大于对纠缠的影响;与单通道原子库情况比较,利用双通道的原子库可以有效地提高腔场的纠缠和纯度。

应用原子分解的电能质量扰动信号分类方法

根据信号原子分解的思想,针对电能质量扰动信号的特点构建4种相关原子库,即基波原子库、类基波原子库、脉冲原子库和振荡原子库。通过改变搜索参数的方式,实现对匹配追踪算法的优化。首先通过匹配追踪算法提取基波分量,对去除基波分量的残余信号提取类基波扰动,并修正基波分量和类基波扰动,然后提取振荡扰动,最后提取脉冲扰动,得到基波和各种扰动的参数。根据扰动分量能量与残余信号能量之间的关系构造分类方法。仿真和实测电能质量扰动录波数据表明,该分类方法具有分类准确率高、对噪声不敏感等优点。

原子间相互作用势库及其在材料模拟设计中的应用

本实验室经过多年努力,运用以虚拟结构和数论方法为基础的晶格反演理论,通过一系列的第一性原理能带计算,建立起有明显中国特色的、具有一定规模的有效的原子间相互作用势库,成为在原子级尺度上进行材料模拟设计的有力工具。几年来采用了多种第一性原理能带计算方法计算各种材料的结合能曲线,包括LAPW方法、点缀球面波(ASW)方法、正则守恒赝势及超软赝势法等。通过大规模能带计算,得到各种材料详尽的结合能曲线。依据从晶体结合能曲线到原子间对势的陈氏反演定则,得出SC、BCC、FCC、HCP、Ll_2、Ll_0、B_2、DO_3、Diamond、α ZnS、β ZnS、NaCl型等多种晶体结构的反演系数。

采用快速原子分解的电能质量扰动信号参数辨识

采用原子分解能够准确提取电能质量扰动信号的幅值、频率、相位以及扰动起止时刻等特征量。但在原子分解过程中需要作大量的计算,计算速度缓慢。针对这一问题,根据信号的特点采用快速原子分解方法将Gabor原子库分为5层,简化每一层的索引参数。首先利用快速傅里叶变换测出信号的主要频率点和通过小波变换粗提取扰动起止采样点序列,然后将信号依次通过Gabor原子库每一层,从每一层中搜索到对应的最佳匹配原子,并采用伪牛顿法对最佳匹配原子进行优化,最后转化为衰减正弦量原子,以残余正弦信号的能量作为判断终止条件。算例仿真结果表明,该方法能够准确对电能质量参数进行辨识,并且运算速度有较大提高,验证了所提方法的有效性和实时性。

原子分解快速算法在电能质量扰动分析中的应用

提出一种原子分解的快速算法,并应用于电能质量扰动信号的分析中。该方法构建相关原子库,并将原子离散的参数连续化,能减少重构信号所需的原子数并使分解结果更准确;针对频率范围较大的谐波、衰减振荡等信号,采用快速傅里叶变换对最优原子频率进行预求解,从而降低原子库规模;采用粒子群优化的匹配追踪算法选出反映电能质量扰动信号特征的最优原子。仿真算例表明,该方法可快速准确地提取电能质量信号的扰动特征,且有较好的抗噪性能。

基于CPWP混合原子分解的滚动轴承故障诊断方法研究

目前常用的各种滚动轴承故障诊断信号处理方法缺乏自适应性,过完备原子分解则具有灵活的自适应能力。将余弦包(CP)及小波包(WP)的快速算法应用于匹配追踪算法设计了CPWP混合原子分解算法,对滚动轴承故障仿真信号进行CP、WP以及CPWP原子分解并比较三种分解结果,得出CPWP混合原子分解可以更加清晰全面地反映冲击调幅信号的特征,分辨率高于单一原子库分解。将上述三种方法分别应用于滚动轴承外圈故障实测信号分析,进一步验证了对信号不同特征敏感的异类原子库的结合可提高对信号的自适应识别能力,CPWP混合原子分解得到较CP、WP原子分解更多的冲击调制信息,能够有效提取滚动轴承的故障特征。

图像稀疏分解中原子形成的快速算法

针对图像稀疏分解中原子生成速度慢的难题,本文提出了原子生成的一种快速算法。首先根据原子的尺度把原子分成两大类,一类是小原子,一类是大原子。在此基础上,对于小原子,由于其能量集中分布在一个小的范围,所以利用一个小范围生成的局部原子代替整个原子。对于大原子,先生成一个相对应的较小原子,然后通过插值方法生成大原子。实验结果表明,在重建图像的质量没有任何改变的条件下,当图像大小为256×256时,提出的算法使原子生成的速度提高了20多倍。

采用原子分解法的同步电机参数辨识

为了准确辨识出同步电机参数,提出一种基于原子分解的新算法。首先构建相关原子库并将原子离散化参数连续化,运用进化匹配追踪算法,快速从同步电机突然短路电流中提取基波电流、直流电流、倍频电流;然后从分解的各原子信号特征参数中推算出同步电机参数。通过截取稳态短路电流的采样信号,辨识出同步电机的同步电抗和短路初相角值。以理想突然短路电流和含噪声的短路电流为例,仿真进行了对信号的原子分解,获得了相似度较好的重构信号。较之经验模态分解(EMD)和Prony算法,所提出的方法对含噪声信号短路电流的分解效果更佳。实测算例表明,应用原子分解方法可准确地提取同步电机参数,且有较好的抗噪性能。

基于特征原子测度的配电网故障选线方法

针对现有配电网故障选线方法存在故障特征提取不够全面、故障选线判据需要样本且训练时间长等问题,提出了一种基于特征原子测度的配电网故障选线方法。利用余弦包和db10小波分别构建暂态零序电流稳态分量原子库与暂态分量原子库,从而形成混合原子库,采用匹配追踪算法提取各线路特征原子;在能量方面,采用能谱熵对各特征原子进行测度,在波形相似性方面,通过计算特征原子与原始暂态零序电流的相关系数进行测度,进而得出各线路的修正原子能谱熵;通过对修正原子能谱熵进行差分运算,得出表征各线路物理特性的综合原子能谱熵,将综合原子能谱熵最大的线路判定为故障线路。仿真结果表明,该方法不受故障过渡电阻、迭代次数、数据窗长度、消弧线圈补偿度、电容器投切等影响,选线准确、有效,具有较强的抗噪声干扰能力。