相干测风激光雷达功率谱估计硬件系统综述

相干测风激光雷达探测回来的回波信号需要使用FFT(Fast Fourier Transform,快速傅里叶变换)进行功率谱估计,在这个过程中离不开硬件系统的参与。在介绍了FFT算法对硬件需求的基础上,对应用于FFT算法的计算机和硬件电路板的研究进展和优缺点进行了分析。结果表明,随着对数据处理的精度以及软件复杂度的提高,计算机存在着无法改变的缺点;随着芯片技术的发展,以Zynq为核心的硬件电路板是最有发展前途的。最后对相干测风激光雷达FFT功率谱估计硬件系统进行了总结与展望。

基于机器学习的随机信号缺失数据功率谱估计

为了解决随机信号在传递接收过程中可能出现的数据不规则、不完整的问题,提出了一种极值梯度提升树-支持向量回归(XGBoost-SVR)与门控循环单元神经网络结合的预测方法,用于稀疏随机信号的缺失数据填补。先使用极值梯度提升树和支持向量回归结合对原始数据集填补,再使用门控循环单元模型进行训练并预测出缺失的数据,最后通过傅里叶变换和小波变换,实现功率谱估计。数值分析结果表明:在含有噪声干扰的情况下,即使数据缺失高达70%,该预测方法仍然可以很好地还原目标功率谱。该方法处理的缺失数据可以更好地还原随机信号的特征,为信号预测和灾害预防提供有力支持。

一种快速的空时二维谱估计算法

为了减少算法运算量,将多级维纳滤波器引入空时二维谱估计中,提出了一种快速算法。快速算法通过简单的乘加运算得到噪声子空间,无需对空时阵列协方差矩阵进行特征根分解,更加易于硬件实现。仿真结果表明快速算法与原二维算法性能相当。

基于CT扫描数据的X射线能谱估计方法

X射线能谱在计算机层析成像(computed tomography,CT)图像硬化校正、双能谱CT成像、辐射剂量计算等方面具有重要作用.常用的估计X射线能谱分布的方法,利用X射线穿过不同厚度模体的衰减数据,来间接估计X射线能谱分布.由于该问题具有严重的病态性,因此如何鲁棒和准确地求解是能谱估计问题的关键.本文提出了一种利用CT扫描数据来估计X射线能谱分布的方法.该方法中考虑了谱估计和图像重建之间的相互印证关系,即谱估计正确时重建的CT图像无硬化伪影,而重建图像无硬化伪影时,则说明估计的谱准确.该方法利用这种相互印证关系构造优化模型,通过交替迭代求解,估计能谱分布和重建无硬化伪影的CT图像.数值实验和实际实验结果表明,该方法可以准确、鲁棒地估计出X射线能谱.

基于双树复小波变换—最大熵谱估计和参数优化概率神经网络的齿轮箱故障诊断研究

齿轮振动信号具有非平稳性和非线性的特点。为了准确提取其故障特征并进行故障诊断,提出一种基于双树复小波变换(DTCWT)-最大熵谱估计(MESE)和惯性权重线性递减粒子群优化(LDWPSO)算法-参数优化概率神经网络(PNN)的齿轮故障诊断方法。首先,利用DTCWT把状态已知的齿轮振动信号分解为不同频带的模态分量。其次,采用MESE得到每个分量的最小偏差频谱估计,计算出不同频段的能量熵作为故障特征矩阵。然后利用LDWPSO算法寻找出最优神经网络参数——平滑因子。最后,将故障特征矩阵输入优化后的PNN模型,建立起故障特征和齿轮运行状况之间的数值化映射关系,进而完成齿轮故障诊断模型。经试验数据分析表明,采用提出的DTCWT处理齿轮的振动信号,并引入MESE处理关键分量,可以提取稳定的信号特征并降低噪声干扰。另外,相比于传统的PNN,基于改进的PNN的齿轮故障状态的数值化判别具有更高的诊断精度和稳定性。

台基噪声功率谱估计中的Welch参数选择

Welch参数的选择对台基噪声功率谱估计结果影响较大,目前尚无统一选取标准。通过比较不同Welch参数组合下功率谱密度曲线平滑度的变化规律,研究窗口长度和重叠率对功率谱估计的影响,并提出最低重叠率和匹配重叠率的概念。研究表明,当窗口长度大于50%、重叠率取值小于最低重叠率时,功率谱估计偏差较大;特定窗口长度对应一系列匹配重叠率,在匹配重叠率下的功率谱估计更准确。

基于BiEWT算法和谱估计的非接触式心率测量研究

传统非接触式心率测量采用快速傅里叶变换和峰值检测方法,存在易受环境噪声影响、测量结果波动较大、精度较低的问题。因此,提出一种二重经验小波变换(Binary Empirical Wavelet Trans⁃form,BiEWT)和功率谱估计(Power Spectrum Estimation,PSE)相结合的非接触毫米波雷达心率测量方法。BiEWT算法融合了自适应分解方法和引入先验知识的经验小波分解方法的优势。通过R-EWT提取去除与噪声相关的多尺度分析(Multiresolution Analysis,MRA)分量,并引入心率频率先验知识进行频点筛选。通过F-EWT进一步抑制残留噪声,重构出心跳信号。利用功率谱估计方法,计算被测人的心率。实验结果表明,该方法比单次高模数的EWT算法,注意力更集中于心率频率区间。比FFT+PD算法MAPE平均下降了1.74%,比WNR+PSE算法MAPE平均下降了1.18%。

基于FPGA的测风激光雷达功率谱估计系统设计

为了从测风激光雷达回波信号中获il取i大气径i向风速信息,本文设计了一套基于FPGA的测风激光雷达功率谱估计系统。系统采用14位250MSPS的AD芯片进行高速采样,以X部触发、数据存储、功率谱估计以及数据通信等系列功能。通过对系统进行功能仿真和实验验证,对比分析出其功率谱估计与MATLAB计算结果最大相对误差在10-4量级,验证了本系统设计的正确性和可靠性。

联合最小方差与最大似然谱估计的前视成像方法

前视成像技术可用于高速运动平台相控阵雷达对正前方目标的检测和跟踪。为了解决波束内的目标分辨问题,提出一种联合最小方差与最大似然谱估计的前视成像方法。首先,进行波束扫描,采用最小方差谱估计获得初始的距离—方位二维图像;然后,对幅度峰值过门限的区域进行搜索,完成二次估计。仿真结果表明,所提方法可在相关信号和低信噪比等条件下有效改善目标分辨能力。

一类无界三对角型算子矩阵的谱估计

本文研究了一类n×n阶无界三对角型对角占优算子矩阵的可闭(闭)性和谱估计问题.首先通过分析算子矩阵内部元素之间的关系,给出了该类算子矩阵可闭(闭)的一个充分条件,并在此基础上利用Schur补刻画了其谱的范围。最后将所得结果应用于量子力学中的三通道Hamilton算子矩阵中,说明了结果的合理性.

基于匹配滤波器组与AR谱估计联合的目标检测

针对水下高速运动小目标探测问题,提出一种使用主被动检测技术相结合的方法。使用匹配滤波器组与AR模型功率谱估计相结合的检测方法,首先指出目标回波在经过匹配滤波后存在单频分量,进一步对存在的单频分量利用AR模型谱估计方法进行检测,最后给出仿真的ROC曲线。通过仿真分析可以看出,该方法与一般的匹配滤波相比可以实现更低信噪比下的检测。

基于Morlet小波的高分辨率信号频谱估计

提出了基于 Morlet小波的一种新的高分辨率信号频谱估计方法 .理论和仿真结果都证明 ,在短数据信号情况下 ,这种谱估计方法其频率分辨率和估计精度都要高于 FF T方法 .文中讨论了基于 Morlet小波的谱估计算法 。

关于谱估计方法的研究现状

本文归纳了信号处理中关键的一种分析方法,即谱估计方法。指出了谱估计方法在信号处理中的主要进展情况。讨论并比较了基于不同统计量理论的谱估计方法的原理和算法,以及它们之间的相互关系。在此基础上,对基于分数低阶统计量的谱估计方法的研究前景进行了展望。

现代谱估计方法在仿真可信性研究中的应用

仿真可信性研究是仿真研究的重要组成部分，其主要工作包括模型的验证、确认和认定（ＶＶ＆Ａ）。谱分析方法是研究仿真可信性的定量方法，适合于对系统动态性能进行分析，是一种统计检验方法，且可信度较高。特别是现代谱估计方法，既有高分辨率，又可以分析非平稳时间序列，具有广泛的应用。该文分别分析了傅立叶谱估计、最大熵谱估计、交叉谱估计、瞬时谱估计、演变谱估计等的统计特性、应用特点和适用范围。

现代谱估计法及应用效果

本文针对Burg谱估计法中存在的问题,讨论了改进Burg谱估计法和改进协方差谱估计法,以理论信号为测试对象,对不同谱估计法的应用效果进行了对比,结果表明:①Burg谱估计法分辨率明显高于Welch谱估计法,但Burg谱估计法存在明显的峰值偏移,改进Burg谱估计法几乎没有峰值偏移;②改进协方差谱估计法和Burg谱估计法都具有较高的分辨率,而前者的波峰较后者更明显、尖锐,对于短数据、信号频率差异较小的信号,前者具有更好的分辩效果,还能抑制谱线分裂和出现假谱峰等问题;③Itakura算法求得的反射系数大于或等于Burg谱估计法求出的反射系数,使得接收到的信号更接近于实际输入信号,因此可用Itakura算法替代Burg谱估计法。实际地震剖面去噪结果表明,以高分辨率谱估计方法为基础的信噪分离方法具有较好的去噪效果。

宽带信号子空间谱估计修正方法的研究

提出了信号子空间维数估计法、噪声子空间加权法和扩展MUSIC法三种修正的宽带信号子空间谱估计方法,它们均有效地解决了宽带信号子空间谱估计法所存在的信号子空间维数扩展问题。信号子空间维数估计法用包含信号99.9%以上功率的特征值数目来估计信号子空间维数,正确地划分了子空间。噪声子空间加权法和扩展MUSIC法不用划分子空间,而是给噪声子空间特征向量或全空间特征向量加权,减小了子空间维数扩展的影响。仿真实验结果表明:三种修正方法是有效的,并具有良好的统计性能。

基于功率谱估计的管道超声测厚研究

管壁厚度的测量是长输管道无损检测的主要内容之一,对于超声探头接收的回波信号,若采用经典谱估计法处理,则其分辨率较低。笔者采用 Burg最大熵法,对超声波回波信号进行了处理,以提高谱的分辨率。模拟结果证明了该方法的正确性和实用性。

基于线性预测的参数谱估计优化方法

基于观测数据特征结构的考虑,在针对性分析传统参数谱估计方法的基础上结合线性预测理论提出了参数模型反射系数估计的优化方法,以熵谱估计的形式对算法作了进一步研究,并通过仿真实验验证了优化算法的改善性能及工程可实现性。

循环谱密度的两通道最大熵谱估计

对周期平稳随机过程的循环谱密度的估计,过去主要采用时域平均周期图法和频域平滑周期图法,但当短数据时,上述方法的分辨率很低,方差很大。本文提出了循环谱密度的两通道最大熵谱估计,该方法不仅具有很高的分辨率,而且估计的方差也很小,具有较好的估计性能。

现代谱估计在引信信号处理中的应用

以现代谱估计为基础,详细论述了最大熵谱估计的基本原理.通过仿真证明了在谱估计中现代谱估计较之经典谱估计的优越性,从而提出应用最大熵谱估计技术处理引信信号的方案,并用芯片实现了这一方案,最后介绍了该方案的原理以及软、硬件组成.