离散傅里叶变换性质的可视化教学设计

离散傅里叶变换是“数字信号处理”课程的重要教学内容,然其定义及主要性质涉及大量数学公式推导表征,较为抽象枯燥,不利于学生直观深入理解;且课程内容中对理论知识的具体应用场景涉及较少,难以激发学生的学习兴趣。针对此问题,提出了将数字图像频谱分析作为离散傅里叶变换性质教学的辅助手段,对线性、循环移位、对称性、对偶性等主要性质,分别进行直观形象的可视化展示。课程实践结果表明,该教学设计能有效提高学生的学习兴趣和知识掌握度,取得了较好的教学效果。

离散色散光域傅里叶变换的延时和带宽扩展研究

光域傅里叶变换为射频频谱分析提供了一种新的解决方案。光域傅里叶变换主要受限于大的二阶色散的获得,而离散傅里叶变换只需要控制离散点的相位,理论上可以解决大色散的获得问题。文章利用光纤环作为离散色散器件,用线性调频信号作为待测信号,进行了光域离散傅里叶变换的研究。该系统是一个快速傅里叶变换系统,每次变换用时约2.07ns。用示波器观测线性调频信号变换前与变换后的波形延迟,可以测出该系统的变换延时,约为100ns,其延时大小主要取决于系统中的光纤长度。该系统可以实现对信号的不间断处理。为了扩展系统的瞬时带宽,对片上集成光微环组方案的可实现性进行了分析。

短时傅里叶变换域最优非因果滤波器和滤波矩阵降噪算法

在现有短时傅里叶变换域单通道降噪算法考虑帧间相关性的基础上,为提高算法的灵活度以及滤波器的性能,提出了一系列最优非因果滤波器和滤波矩阵.具体地,通过引入非因果概念,设计出一组单通道非因果降噪滤波器,以实现同时利用过去帧和未来帧信息进行噪声抑制的目的.并在此基础上,推导出了一组最优单通道滤波矩阵,以降低算法的复杂度.将非因果滤波器以及滤波矩阵的思想相结合,进一步提出了一组单通道非因果滤波矩阵.随后,将所提算法扩展至多通道场景中,设计出了一组最优多通道非因果降噪滤波矩阵,以达到更好的降噪效果.最后,对所提算法进行了仿真实验.实验结果表明,与传统算法相比,本文提出的算法可有效改善带噪信号(输入信号)的信噪比,提升语音质量.

信号量化和离散傅里叶变换的信息熵分析

常规的描述方法不满足人们获取信号所携带信息的工作提出的要求,针对信号量化和获取频谱过程存在信息损失的问题,提出从信息域的角度分析量化和离散傅里叶变换的信息量变化,并以信息量来衡量处理的效果。基于信息熵推导离散傅里叶变换的熵表征,通过应用实例结果可知,当采样点数达到一定数值时,信号的输出熵趋于一个恒定值,结合频谱图发现再增加采样点数获取的频谱图几乎毫无变化,信息损失可忽略。实验数据结果具有一般普遍性,为原本依靠经验的工作提供理论支撑,在处理前进行效果预测可以降低实验成本和节约时间,为信号处理提供一种客观的分析方法。

非标准快速傅里叶变换算法综述

非标准快速傅里叶变换算法是一种用于处理非标准采样的快速算法,在信号处理领域有着广泛的应用。本文回顾了NUFFT算法的历史和发展,对通用的算法实现形式做了详细描述,介绍了该算法的最新进展和研究方向。对NUFFT算法在CT重建中的应用,如傅里叶重建,迭代重建,稀疏采样重建等也做了介绍。

基于余幂-激活离散超混沌加密的多参数加权分数傅里叶变换安全通信方法

为提高物理层安全传输性能,该文提出一种新的基于2维余幂-激活(2D-CPA)离散超混沌加密的多参数加权分数傅里叶变换(MP-WFRFT)安全通信方法。首先,将激活函数和余弦函数作为非线性因子引入1维立方(cubic)混沌映射,构造2维混沌映射。非线性因子可对原始cubic混沌映射的迭代过程进行扰动,从而获得更加饱满的相轨。利用分岔图、相图、Lyapunov指数谱等对提出的2维混沌映射动力学特性进行了验证。结果表明,构造的2维混沌序列随机性良好,可进入超混沌状态。然后,利用余幂-激活离散超混沌序列分别构建幅度变换矩阵、相位旋转矩阵和MP-WFRFT参数池,完成对星座幅相加密,以及MP-WFRFT动态变换加密过程,进一步消除数据统计特征,同时提升MP-WFRFT变换的抗参数扫描性能。数值仿真结果表明,加密数据的星座图呈类高斯分布,且传输系统对密钥的敏感性良好。

基于离散傅里叶变换的光纤陀螺电路串扰自检测

光纤陀螺由于构造限制,电路输出信号中易受驱动信号串扰,导致输出结果精度难以满足现实需求,影响了电路工作的安全性和效率。为此,提出基于离散傅里叶变换的光纤陀螺电路串扰自检测方法。首先,分析光纤陀螺电路串扰的原理,对光纤陀螺电路进行闭环检测,获取到电路信号变化规律。其次,根据得到的干扰信号函数,建立电路串扰模型,由于电路串扰间存在互容特性,针对串扰线路使用基尔霍夫电压定律,结合电流的连续性,建立串扰电路信号变化函数;根据光纤陀螺检测中的振动频率,依据电路串扰的时间序列以及电路零均值、非高斯、统计非零峰度,使用离散傅里叶变换解析串扰信号,完成电路串扰的自动检测。经实验验证:所提方法能够节省大量提取时间,平均耗时节省35 min,检测精度提高34%,能高效地完成串扰检测。

基于卷积神经网络的短时傅里叶变换

本研究提出了一种基于卷积神经网络(CNN)的短时傅里叶变换方法,用于揭示非稳态信号的频谱随时间的变化规律。我们设计了一个卷积神经网络,采用双层结构,并随机初始化网络权重系数,不包含偏置系数。输入数据为随机生成的一维信号,其傅里叶变换作为标签数据。通过使用平方误差作为损失函数,并运用梯度下降法对网络进行训练,网络逐渐学得输入信号到其傅里叶变换的映射规则。同时,我们观察到网络权重系数在迭代过程中逐渐逼近傅里叶变换的核函数。基于学到的核函数,我们进行了信号的时频分析。数值试验结果表明,以通过训练获得的核函数作为基函数的短时傅里叶变换能取得与传统窗口傅里叶变换相一致的结果,证明了该方法的有效性。这一基于卷积神经网络的短时傅里叶变换方法为处理非稳态信号提供了一种新颖而有效的途径。

傅里叶变换求解一维PT对称delta势阱中的束缚态

具有PT对称性的系统是量子力学研究前沿热点.一维PT对称delta势阱中束缚态问题是PT系统最简化模型,对其精确求解是具有科研价值的教学问题.本文通过求解一维PT对称delta势的定态薛定谔方程研究了PT对称性对系统束缚态以及本征能量的影响.首先,采用傅里叶变换对一维PT对称delta势的定态薛定谔方程进行了求解并讨论.其次,通过数值手段确定了一维PT对称delta势阱中束缚态的轮廓以及系统的本征能量.最后,分析和探讨了PT对称势强度与本征能量的关系.本文把量子力学教学中传统的厄米delta势阱本征值问题扩展到非厄米delta势阱问题,是对量子力学教学必做习题的有益且及时地扩展.

基于离散傅里叶变换与谐波平衡法的行星齿轮系统非线性动力学分析

研究了多间隙作用下行星齿轮系统的强非线性动力学行为。考虑齿轮啮合误差和时变啮合刚度,建立了2K-H型行星齿轮传动的弯扭耦合非线性动力学模型。利用离散Fourier变换（DFT）及其逆变换（IDFT）处理方程中非线性恢复力与位移坐标之间的函数关系,发展了一种可以求解多阶谐波响应的数值谐波平衡法,并用Broyden方法求解其形成的代数平衡方程组。用该方法分析齿轮非线性动力学稳态解时,啮合刚度与激励可以是任意的周期函数形式,不仅可以包含多次谐波响应,而且还可以求解系统的次谐波响应。克服了传统的解析谐波平衡法基于描述函数进行而难以求解一般周期响应和次谐波响应的缺点。作为算例,用该方法分析了行星齿轮传动的非线性频响特性,并与相应的线性系统进行了比较。

基于不对称非标准傅里叶变换的光学图像加密

针对以往光学图像加密系统中输入面和频谱面对称性的缺点,在不增加系统元件的基础上,利用球面波照射不对称非标准傅里叶变换系统进行图像加密。通过把相位掩模置于该系统的傅里叶变换平面,利用不对称非标准傅里叶变换系统的输入面和频谱面的不对称性以及频谱面对于点光源相关参数的依赖性,克服了以前光学加密系统中输入面和频谱面的对称性所带来的安全隐患,并且获得了除相位掩模以外的另外四重密匙。理论分析和模拟实验表明:该方法不仅可行,而且多增加了几重密匙,增强了系统的安全性能。

基于非对称离散分数傅里叶变换双相位编码技术对二维条码图像加、解密的研究

在现有光学图像加密一种方法(分数傅里叶双随机相位编码技术)的基础上,提出一种改进的基于非对称离散分数傅里叶变换双相位编码光学加密方法,并用计算机模拟两种方法对二维条码图像进行加密、解密的过程,比较两种方法的仿真实验结果中两种方法的加密性能和解密图像的质量优劣.

离散时间傅里叶变换的教学探讨与设计

结合“理论联系实际”新工科教学理念,梳理了离散时间傅里叶变换的概念,性质、以及与连续时间傅里叶变换的联系等教学内容,设计了基于Matlab仿真作业的实践环节,将数学原理推导和工程应用实践相挂钩。通过此类教学设计,强化离散时间傅里叶变换的物理意义阐述,深化教与学互动,极大促进了学生对傅里叶变换后续学习和应用的积极性,取得了较好的教学效果。

基于离散傅里叶变换的数字图像空间域水印方法

在满足数字图像视觉质量的前提下,为了弥补空间域环境中已缺失的水印像素,提出基于离散傅里叶变换的数字图像空间域水印方法。保持离散傅里叶算法的原有变换特点,通过选取基节点的方式,实现数字图像的傅里叶分解。在此基础上,遵照离散余弦原理,对数字图像中所有可见水印进行处理,再分别对其实施嵌入与提取,完成基于离散傅里叶变换的数字图像空间域水印方法的设计。实验结果表明,所提方法能够较好弥补空间域环境中已缺失的水印像素。

基于非标准傅里叶变换光学编码技术的研究

侧重研究了非标准傅里叶变换编码技术在光学图像信息编码中的应用,结合Javidi提出的双随机相位编码原理,将这种加密变换应用到图像编码中,并提出了相应可行的光学实现装置.

基于离散傅里叶变换的频谱分析新方法

针对现有的测频算法和频谱分析方法还存在一些不足之处,提出了基于离散傅里叶变换的频谱分析新方法,它能准确计算出信号中的基频分量,整次谐波和非整次谐波的幅值、频率和相角,以及衰减直流分量的幅值和衰减时间常数。公式推导的过程先从简单的单信号模型入手,得到单个余弦信号的幅值、频率和相角,再推广到一般情况下的复杂信号,采用牛拉法迭代求解。算法精度高,不受初始采样点、采样频率和阶数的影响,实时性强。最后对具体算例进行仿真,所得结果验证了算法的正确性。

基于离散傅里叶变换的孤岛型微电网混合储能优化配置

分析了孤岛型微电网中电源负荷不平衡功率的产生,基于离散傅里叶变换,将不平衡功率分解成日分量和小时分量,分别采用压缩空气储能和钠硫电池平衡该分量,为了使得分解后的日分量和小时分量最优,专门研究了不平衡功率离散傅里叶变换分断点的分断原则。在此基础上,综合计入储能投资运行成本、系统缺电损失费用和弃风惩罚费用等,建立孤岛型微电网混合储能优化配置模型。该模型可以实现离散傅里叶变换分断点和混合储能容量的统一优化,且优化过程中实现了压缩空气储能和钠硫电池两种储能容量优化配置的完全分解,简化了模型的求解复杂性。采用实际微电网系统进行了算例分析,验证了所述模型和方法的正确性。

离散傅里叶变换的算术傅里叶变换算法

离散傅里叶变换 (DFT)在数字信号处理等许多领域中起着重要作用 .本文采用一种新的傅里叶分析技术—算术傅里叶变换 (AFT)来计算DFT .这种算法的乘法计算量仅为O(N) ;算法的计算过程简单 ,公式一致 ,克服了任意长度DFT传统快速算法 (FFT)程序复杂、子进程多等缺点 ;算法易于并行 ,尤其适合VLSI设计 ;对于含较大素因子 ,特别是素数长度的DFT ,其速度比传统的FFT方法快 ;算法为任意长度DFT的快速计算开辟了新的思路和途径 .

基于非均匀快速傅里叶变换的最小二乘反演地震数据重建

不规则采样地震数据的重建是地震数据分析处理的重要问题.本文给出了一种基于非均匀快速傅里叶变换的最小二乘反演地震数据重建的方法,在最小二乘反演插值方程中,引入正则化功率谱约束项,通过非均匀快速傅里叶变换和修改周期图的方式,自适应迭代修改约束项,使待插值数据的频谱越来越接近真实的频谱,采用预条件共轭梯度法迭代求解,保证了解的稳定性和收敛速度.理论模型和实际地震数据插值试验证明了本文方法能够去除空间假频,速度快、插值效果好,具有实用价值.

基于滑动离散傅里叶变换的串联直流电弧故障识别

在直流供电系统中,串联直流电弧故障因难于被检测而成为威胁系统安全运行的最主要因素。针对现有故障电弧识别方法运算较为复杂、实时性相对较差的不足,提出一种基于滑动离散傅里叶变换(DFT)的串联直流电弧故障识别方法。时域与频域分析表明,燃弧起始阶段是直流电弧故障识别的最佳时期,根据该阶段电弧电流的频谱特征确定滑动DFT分析频率点为40 k Hz、80 k Hz和100 k Hz。综合考虑算法分辨率与实时性要求,采用200μs时间窗口对电弧电流进行滑动DFT分析,并用200μs时间窗口进行滑动平均降噪处理。结果表明,发生电弧故障前后滑动DFT频谱在三个特征频率点均有明显变化,验证了滑动DFT算法用于串联直流电弧故障识别的可行性。