高阶重采样滤波器的多项式近似实现

可变载频带限信号的重采样,一般归结为按转换比P/Q(P为内插比,Q为抽取比)对原采样序列做内插和抽取。当P值很大时,需要多路内插滤波器,由于抗镜像的需要,滤波器系数矩阵非常庞大,使得高阶重采样难以实现。该文提出一种多项式近似滤波器的方法,用一组低阶多项式近似内插滤波器系数矩阵,简化了滤波器的结构,运算效率高,且内插延迟可任意改变。计算机仿真的结果表明:该结构适用于可变延迟的高阶带限内插滤波器。在一定条件下,误差在容许的范围之内。

基于粒子重采样滤波算法的红外图像消噪

针对红外图像消噪的特性,提出粒子重采样滤波算法。首先通过Chapman-Kolmogorov方程对粒子群系统空间状态的概率密度函数预测状态;然后重采样去除小权值粒子,保留复制权值较大的粒子,且大权值粒子多次采样;接着有效粒子数阈值防止粒子退化,划分粒子权值为大、中、小三类,中权值粒子保留,大、小权值粒子合并产生新粒子,通过Thompson-Taylor算法随机挑选新粒子重采样;最后消噪模型采用两种噪声迭加成的混合双模噪声模型,给出了算法流程。仿真结果表明,本文算法在有效保留图像重要信息的同时对噪声的抑制效果更为理想。

基于硬件实现的粒子滤波重采样算法研究

粒子滤波算法用于硬件实现是目前一个新的研究方向,传统的粒子滤波算法计算量大,所需存储空间大,实时性差,所以在硬件实现方面面临着极大的挑战。为使算法更加适合于硬件实现,以粒子滤波中的重采样步骤为研究重点,以典型的序贯重要性重采样滤波算法为例,对典型的几种重采样算法的复杂度、所需存储空间及执行时间上进行分析研究,并在TI DSPTMS320C5402上对采样算法进行仿真,结果表明部分重采样算法(PDR)更适合于硬件实现。

基于动态滤波重采样的星载微波辐射计观测亮温方法

研究了星载微波计的亮温观测,针对目前常用的采用重采样的固定滤波方法不考虑观测几何变化的不足,开发了一种采用基于Backus-Gilbert(BG)方法的动态滤波重采样的亮温观测方法,该方法从卫星观测方式入手,考虑了观测几何沿经线方向和沿纬线方向的变化,采用线性插值的方法对滤波模板进行实时更新,实现了动态滤波重采样的目的。对该方法并进行了仿真试验和基于对地观测的先进扫描微波辐射计(AMSR-E)观测资料的真实数据试验,试验结果表明,这种方法的匹配误差小于固定滤波方法且具有较高的计算效率,具有良好的业务化应用潜力。

局部惯性监测数据多重滤波及其在巷隧围岩监测中的应用

在各类地下岩土工程中,巷隧结构围岩事故发生频率高、造成损失重,是工程监测的重点。局部惯性监测技术利用MEMS惯性传感单元,可同时监测物体的振动与变形,已逐步应用于岩土工程健康监测领域。但由于工程作业环境的复杂性,在进行变形分析时,局部惯性监测数据往往噪声较大,仍需对原始信号进行滤波处理。基于1组200 Hz采样频率的监测信号样本,通过不同参数的重采样滤波、移动平均滤波与移动中值滤波,得到了较优的滤波方案。结果表明,重采样低通滤波与移动中值滤波的多重滤波法可有效剔除原始加速度监测信号大部分噪声,在平滑信号的同时能够控制滤波后信号时域误差在较小范围。所设计滤波方法有望应用于巷隧结构局部惯性监测,为被测结构的变形分析提供更明晰、准确的监测数据。

高动态测量系统中的自适应信号成形滤波器设计

针对航天测控和卫星导航领域中高动态信号测量的基带信号成形问题,提出一种改进的信号重采样滤波算法。该算法利用截短升余弦内插滤波器设计实现数字扩频信号的连续序列恢复,通过构建频谱自适应的分段抛物线内插函数滤波器实现基带信号的动态重采样处理,并采用Far-row结构降低成形滤波算法的运算量。仿真验证和实验测试结果表明,采用该算法设计的成形滤波器能够较好地适应动态多普勒频移,将基带伪码相位抖动导致的测量误差从亚米级降低至毫米级,有效抑制信号带外功率,为改善导弹航天试验靶场高动态信号的测量精度和稳定性提供了一种有效途径。

基于LAI时间序列重构数据的冬小麦物候监测

农作物物候信息对农作物长势监测和估产具有重要意义。该文以河北省中南部冬小麦为研究对象,以叶面积指数(LAI,leaf area index)为同化量,采用重采样粒子滤波算法同化WOFOST(world food studies)作物生长模型和遥感观测LAI,重构LAI时间序列数据,基于重构数据提取冬小麦返青期、抽穗期和成熟期等关键物候期。重构结果表明,重构的LAI具有良好的时间连续性和空间连续性,可减缓WOFOST作物模型LAI变化剧烈程度,峰值出现时间与遥感LAI曲线基本同步,且可一定程度上解决遥感观测LAI数值整体偏低和数据缺失的问题。物候期监测结果表明,在空间分布上与冬小麦实际生长状况基本相符,时间上也较为合理,但因在返青期存在LAI高初始值、成熟期存在LAI下限不确定性等问题致使在具体日期存在偏差。

和声搜索优化粒子滤波的视频目标跟踪方案

针对基于粒子滤波(particle filter,PF)的目标跟踪算法易产生样本贫化的问题,提出一种利用和声搜索算法(harmony search,HS)优化重采样粒子滤波的视频目标跟踪方案。采用高斯混合模型(Gaussian mixture model,GMM)对背景建模,在目标视频帧中执行粒子滤波,通过直方图匹配法为每个粒子分配权重;利用和声搜索算法生成新的粒子,通过放弃一部分粒子来提高样本的随机性;对粒子进行重要性重采样,根据粒子权重估计目标状态。在BoBoT和DTU数据集上的实验结果表明,所提算法对目标背景、缩放、遮挡和光照等变化具有较好的鲁棒性,相比其它较新的目标跟踪算法,该算法取得了更好的性能。

一种基于粒子滤波的红外多目标跟踪算法

针对粒子滤波算法固有的"退化"和"样贫"问题,采用基于权值选择重采样算法与粒子滤波算法相结合来优化粒子滤波的滤波性能、克服粒子退化。针对粒子滤波算法在红外目标跟踪,尤其是对遮挡目标跟踪方面的不足,本文从Markov跳变非线性系统贝叶斯状态估计的角度出发,引入一种无向图即马尔可夫随机场(MRF)来描述多目标的交互模型,提出了该系统下的粒子滤波跟踪框架,并将其用在被遮挡的红外多目标跟踪中。实验结果表明,所提出的算法能有效对被遮挡的红外目标进行跟踪,并且在抗遮挡性以及跟踪持久性等方面优于主流算法。

粒子滤波算法原理及其实验性能分析

在介绍粒子滤波的基本思想的基础上,给出了粒子滤波算法的基本原理和实现步骤,并结合扩展卡尔曼滤波算法,在实验环境下进行了包括粒子数、重采样方法等在内的性能分析,得出了一些重要结论。结果表明,处理非线性系统时,粒子滤波精度要高于EKF;粒子数与算法精度和运算复杂度有直接关系;粒子滤波可以处理多维系统状态。

基于Student’st分布的自适应重采样粒子滤波算法

针对粒子滤波在跟踪非线性状态突变系统的隐状态时,因粒子贫化导致估计精度下降的问题,提出一种基于Student’s t分布的自适应重采样粒子滤波算法.首先,将Student’s t分布作为采样尺度转移方程,再自适应地将粒子依据权值大小分为两个子集;然后,对子集执行自适应交叉和变异操作,得到新生粒子集,从而自适应地提升粒子多样性,达到提升估计精度的目的.实验结果验证了所提出算法的可行性和有效性.

基于和声搜索优化算法的目标跟踪系统的研究与实现

和声搜索算法是一种启发式的全局搜索算法,基于和声搜索优化算法进行目标自动跟踪系统的研究,在使用过程中资源优化配置、自动跟踪系统等优化问题都得到了成功的应用。经过对比实验的验证,在目标自动跟踪问题上展示了比遗传算法和模拟退火算法等更好的性能。由于运用了改进的和声搜索算法,能够精确地跟踪目标,具有相对较低的计算量,跟踪系统对目标环境的变化也具有很强的鲁棒性,跟踪性能比其他较新的目标跟踪方案更优,具有一定的研究和使用价值。

一种列车数字无线信号中继系统的设计与验证

为改善高速列车内部无线信号的覆盖质量,提出一种采用重采样滤波器的多级混合滤波器组来实现数字上、下变频的方法,该滤波器组可方便的实现整数倍和分数倍的抽取或内插。基于此方法设计一种列车数字无线信号中继系统,并对其进行算法级仿真和系统级实验。Matlab仿真结果表明,载波带宽为10 MHz,其阻带衰减值为80dB,带内波动为0.001dB时,数字上、下变频采用包含重采样滤波器的多级混合滤波器组,具有良好的通阻带逼近性,频谱无混叠现象。试验结果表明,基于该方法的中继系统的底噪声功率谱密度值为-136.9dBm/Hz,带内波动值为0.6768dB,指标优于技术规范要求。

精密数控车床主轴热误差建模

开展了精密数控车床主轴系统热误差补偿的实验与建模方法的研究。建立了精密数控车床主轴系统轴向与径向偏转热误差补偿模型以增强其误差补偿能力,并提高机床加工精度。构建了主轴系统热误差测试平台,应用五点法测试主轴系统热误差,使用热电偶与红外热像仪测量主轴系统温升关键点温度变化数据,应用灰色综合关联分析法实现温度敏感测点辨识。构建了基于粒子滤波重采样粒子群算法的热误差预测模型,对模型预测效果进行评价。结果表明:基于粒子滤波重采样粒子群热误差补偿模型得到的轴向热误差预测残差为-1.29μm^1.55μm,建模精度为95.04%;y向热偏转误差预测残差为-4.68×10^(-6°)~9.66×10^(-6°),建模精度为91.26%;z向热偏转误差预测残差为-5.83×10^(-6°)~8.59×10^(-6°),建模精度为93.24%。实验结果证明该热误差补偿模型具有较高的预测精度,具有较强的工程应用价值。

改进粒子群算法优化的非线性模型预测控制

针对带有有界随机扰动和概率约束的非线性模型预测控制的优化控律求解问题.采用引入粒子滤波重采样步骤改进的粒子群算法,并与粒子的变异操作相结合来求解非线性模型预测控制优化控制律的方法,提高了算法的收敛速度和控制效果.对概率约束的处理,采用对不满足约束的粒子进行有效替代的方法,进而得到满足概率约束条件的优化控制律.仿真结果表明了提出的改进粒子群算法用于优化求解非线性模型预测控制的优化控制律的可行性和有效性.

利用RFDF提取高荧光及噪声背景中的拉曼光谱

利用重采样频域滤波(resample frequency domain filter,RFDF)方法,提取高荧光及随机噪声背景下的拉曼信号.仿真结果表明,在设计适当的滤波器情况下,该方法能得到很好的拉曼信号提取效果.若要获得较高的拉曼光谱信号保真度,需考虑不同成分信号功率谱的混叠程度、光谱数据的分辨率和采样率、频域带通滤波器的设计形式及参数等影响因素.

整体压缩高清视频的可伸缩编码算法

高清视频从一层原始信号出发,通过降采样产生多层影像,其各层数据是同一场景的不同分辨率表现,存在高度相关,目前各种压缩算法忽略了这种层间相关性.本文针对高清视频引入层内-层间搜索机制,探索一种从整体上压缩金字塔的可伸缩的层间压缩编码I-LC,其预测残差能量比传统帧内-帧间搜索方法更低.I-LC降采样部分利用纹理滤波TDFA层内搜索,有效去除了影像数据的层内纹理相关,类似于H.26x的帧内压缩;I-LC升采样部分形成了原始信号的一个高精度逼近,可以去除图像的层间相关性,相当于H.26x的帧间压缩.I-LC将这两个手段与传统的DCT,量化和游程编码等结合在一起,把空间金字塔作为一个整体进行压缩,重建PSNR高于36dB时,压缩率比传统AVS的I帧编码提高103.05,压缩效率相当于H.265或AVS2.

Face tracking algorithm based on particle filter with mean shift importance sampling

The condensation tracking algorithm uses a prior transition probability as the proposal distribution, which does not make full use of the current observation. In order to overcome this shortcoming, a new face tracking algorithm based on particle filter with mean shift importance sampling is proposed. First, the coarse location of the face target is attained by the efficient mean shift tracker, and then the result is used to construct the proposal distribution for particle propagation. Because the particles obtained with this method can cluster around the true state region, particle efficiency is improved greatly. The experimental results show that the performance of the proposed algorithm is better than that of the standard condensation tracking algorithm.

正交频分复用水声通信子载波干扰抑制

在引入正交频分复用调制技术的水声通信中,发送端与接收端采样频率偏差及多普勒频移会引起子载波间的干扰,为了抑制信号产生幅度衰落和相位畸变并降低系统误码率,根据多载波水声通信的特点提出了一种抑制载波间干扰的方法.利用导频序列拟合出采样频偏,通过重采样滤波器进行补偿,对多普勒因子粗补后,利用各象限解调数据方差的极小值确定解调数据长度,通过高分辨率傅里叶变换实现多普勒干扰抑制.3次实验结果证明该方法有效可行,能够较好地抑制子载波干扰,可显著提高多载波水声通信的系统性能.

TDFA:一种生成空间影像金字塔的方法

目的降采样滤波是生成空间金字塔影像数据的主要手段,但目前没有一种客观指标来鉴别滤波器的降采样效果,因为至少需要空间金字塔的两层原始信号才能计算滤波器的降采样峰值信噪比(PSNR)。为解决此难题,本文建立一种研究路线:先基于视频影像数据评选确定一个性能优秀的降采样滤波器,然后验证该滤波器降采样生成遥感金字塔的主观目视效果,提出一种沿图像纹理方向滤波的降采样方法 TDFA(texture direction filtering approach),可生成高质量的空间影像金字塔。方法本文把降采样与升采样结合提出一种重采样滤波对偶RSFP(re-sampling filter pair),作为当前层金字塔数据的一个逼近,用来评价降采样滤波器效果。基于RSFP评价手段,筛选出一种基于纹理滤波的金字塔生成方法 TDFA:对每个8×8块,TDFA在直流、水平、135°、垂直和45°等5个方向中搜索确定图像的一个纹理方向,用一个3阶滤波器沿纹理方向实施降采样,效果优于目前最好的最邻近插值方法,无任何伪彩、锯齿、块效应或马赛克。结果利用大量影像数据实验,同几个典型滤波器的降采样效果对比,TDFA提升平均PSNR的范围,对拉格朗日滤波器是7.29 8.44 d B;对双线性滤波器是6.26 7.40 d B;对AVS的1/4插值滤波器是5.80 6.84 d B;对最邻近插值是4.51 5.70 d B。结论本文提出的纹理滤波降采样算法可以生成质量优于现有最好水平的遥感金字塔影像,也可以生成高质量的多层视频流媒体数据。所提出的重采样滤波对偶RSFP可以输出当前层的高精度预测,用于可伸缩视频编码处理。