汉语语音的非线性动力学特征及其降噪应用

分析了汉语语音的相关维、最小嵌入维数以及重构相图。分析结果表明汉语语音具有混沌特征。根据这些非线性特征可以有效区分汉语中的浊音、清音和随机噪声,从而可以用于语音降噪。介绍了本地投影法混沌语音降噪的原理与算法,并利用该算法对一些典型的元音和辅音进行降噪,获得了较好的降噪效果。

中国年降水气候振动的非线性动力学特征

从观测资料出发,利用反演方法,获得了描述我国17个站年降水气候振动的二阶非线性动力学方程组中的系数,并在无外源强迫的情况下对该非线性动力学方程组作了定性的分析,对17个站的年降水气候振动进行气候模拟试验。结果表明:我国大部分地区的年降水气候振动存在弱的非线性振动特征,17个站的年降水气候振动都可以看作是一个正阻尼的动力系统,在运动变化过程中,自身能量的变化dEdt<0,17个站年降水气候振动的固有频率的变化范围为0.6≤ω0≤1.417,其固有周期的变化范围为10.4≥T≥4.4年。从空间分布特征上可以看到,其固有周期的长短分布有明显的东西向特征。在17个站中,兰州、成都、重庆、南宁、福州、上海、温州地区的年降水气候振动是一个类似于具有渐软弹簧特性的非线性动力系统,而昆明、长春、哈尔滨、北京、广州、西安、厦门、长沙、南京、杭州地区的年降水气候振动是一个类似于具有渐硬弹簧特性的非线性动力系统,从其空间分布特征上看也有东西向特征。全国17个站年降水气候振动的动力系统都存在一个稳定的焦点,在无外源强迫作用时,各站的年降水气候振动将逐渐趋向于各自的稳定的焦点,但都不存在极限环。在仅考虑降水自身振动的情况下,利用我们反演得到的非线性动力学方程对年降水气候振动做模拟,位于内陆地区的模拟情况可以通过显著性水平检验,而靠近海洋的地区模拟效果没有内陆好。这一结果说明在降水气候振动中,靠近海洋地区的外源强迫影响作用比位于内陆地区大。

癫痫脑电及节律波的非线性动力学特征研究

脑电图(EEG)是研究脑科学的重要工具,对EEG信号中隐藏的特征和信息进行深入研究,能更好地满足现在临床研究的需要。本文通过小波变换和非线性动力学两种分析方法,提取癫痫发作间期和发作期EEG信号及其节律波(δ波、θ波、α波和β波)的非线性特征,计算分析关联维数(CD)、Lyapunov指数、近似熵(ApEn)特征值在癫痫发作过程是否存在显著变化。研究结果表明,EEG信号及其节律波的非线性动力学特征在检测癫痫发作过程时可作为有效的鉴别统计量。

基于非线性动力学和高斯混合模型的电能质量自动识别

提取和分析了电能扰动信号的非线性动力学参数——信息熵、Kolmogorov熵和最大Lyapunov指数,结果表明单一参数对不同的电能扰动信号有较好的区分能力;然后添加幅度熵、相位熵,总共5维特征作为电能扰动信号的特征矢量集,应用高斯混合模型对暂降、中断、谐波、振荡、切痕、尖峰、暂升、波动8种单一电能扰动信号,以及暂升加谐波、暂降加谐波、中断加谐波、波动加谐波4种复合扰动信号进行建模与识别。结果表明:非线性动力学参数能较好地分辨这12种扰动信号,当5种特征进行组合后获得了96.42%的识别率,识别效果较好。

损伤神经元阈下膜电位振荡的非线性特征分析

目的:对损伤后大鼠背根节的初级神经元产生的阈下膜电位振荡进行分析,确定阈下膜电位振荡是否具有非线性动力学特征。方法:采用相空间重构的方法进行非线性分析,利用平均互信息的第一个最小值确定相空间重构的延时时间,伪邻近点确定嵌入维数,Lya-punov指数确定非线性特征的存在。结果:平均互信息的第一个最小值为1;在分别取τ=1,2,3时,相空间重构图没有明显的差异,均表现出很好的吸引子;在m>2时,伪邻近点接近0,达到了一个最小值;Lyapunovindex=±0.43±0.01。结论:阈下膜电位振荡存在确定性的动力学特征,是一种低维(m<4)的混沌信号。

软岩软化的水岩界面动力学模型及其演化规律

软岩的软化机制本质上是水岩界面改变引起的微细观结构的劣化,对水岩界面的研究具有十分重要的意义。考虑到软岩的一般性特征,从胶结成岩过程的逆过程出发,对不同浸水时间的粉砂质泥岩浸泡液进行了化学元素测试。利用偏光显微薄片研究了软岩微细观结构的演化过程,提出了界面胶结连接结构的概念,建立了软岩软化过程的水岩界面演化模型。基于扩散理论,推导了描述水岩界面演化的理论方程,并与试验结果进行比对。推导和提出了软岩细观软化损伤因子,并将其引入块体离散元数值计算中。研究表明:软岩软化过程中伴随着颗粒的脱落和悬浮以及可溶性物质的溶解,软岩的软化具有明显的非线性动力学特征,理论计算值与试验结果的拟合程度较高,验证了理论方程的可靠性和合理性。数值模拟结果与试验结果吻合度较高。

P2P网络借贷市场的非线性依赖和长记忆性研究

采集4列主要反映中国P2P网贷行业全貌的日交易指数时间序列,初步探索P2P网贷市场的非线性动力学特征。运用BDS非线性检验方法,实证分析中国P2P网贷市场的非线性依赖性特征,进一步地,运用经典R/S分析方法和修正R/S分析方法,实证分析中国P2P网贷时间序列中是否存在长记忆性特征。结果表明存在显著的非线性依赖结构,并且其非线性结构可能来源于低维混沌过程,中国P2P网贷时间序列的产生过程均不是独立随机的,存在大量非线性,但并未显示出长记忆性特征。综合判断,P2P网贷市场目前的发展历史和演化程度尚浅,正处在从简单线性系统发展到复杂巨系统的过渡阶段。

融合单通道框架及多通道框架的运动想象分类

针对运动想象脑电信号非平稳、非线性、低信噪比的特点,多种分析方法被广泛应用于运动想象脑电信号特征提取研究中。但单通道脑电分析方法难以有效刻画多通道脑电间的交互信息,且现有特征指标未考虑到通道间的非线性动力学耦合特性。为此,提出一种融合单通道时-频特征和多通道耦合特征的运动想象脑电分析方法策略。通过引入多变量经验模态分解（MEMD）将脑电信号分解为具有共有震荡模式的固有模态函数（IMFs）,然后对有效特征频带下的IMF分量获取单通道的边际谱（MS）及瞬时能谱（IES）时-频特征和多通道的互样本熵（CSampEn）、锁相值（PLV）及锁频值（FLV）耦合特征,将融合特征输入加权线性判别分类器（LDA）进行运动想象模式识别。实验引入BCI 2008竞赛Dataset IIb数据集与实测数据进行分析,结果表明所提方法可有效提升运动想象脑电识别率,实验中竞赛数据集的9名受试者的平均识别率与平均Kappa系数分别达到80.1%与0.62,与其他方法相比提高了分类精度,为运动想象脑-机接口研究提供了新思路。