基于高阶累积量ESPRIT算法的指数衰减正弦信号参数估计

工程应用中环境噪声多表现为高斯有色噪声,而针对高斯白噪声进行处理的算法失效问题,提出了一种高斯色噪声环境中用于多分量衰减正弦信号频率和衰减因子估计的四阶累积量ESPRIT算法。首先,推导出四阶累积量与观测样本中的自相关矩阵和互相关矩阵之间的关系,求出其四阶累积量矩阵。其次,通过对四阶累积量进行广义特征值分解,根据广义特征值即可得到信号衰减因子和频率的估计值。最后对所提算法进行了仿真实验验证,在混合信噪比为0 dB时,所提算法针对多分量衰减正弦信号角频率和衰减因子的平均估计误差分别为0.002 0πrad和0.002 0。在高斯白噪声和高斯色噪声背景下与ESPRIT算法和Prony算法相比具有更强的噪声抑制能力和更高的估计精度。

基于谱线-高阶累积量的调制识别研究与实现

已发表的调制识别算法大多基于单一特征参数,识别种类较少,且往往很难在实际系统中布署。提出了一种基于谱线-高阶累积量的数字调制识别算法,该算法利用载波频率估计、符号速率估计、定时恢复、噪声功率估计等前处理手段,结合信号功率谱、二次方谱、四次方谱中的离散谱线和四阶归一化高阶累积量,可识别2ASK、4ASK、8ASK、2FSK、4FSK、8FSK、BPSK、QPSK、8PSK、OQPSK、MSK、16QAM、32QAM、64QAM、128QAM、256QAM 16种数字调制信号。基于该算法,设计并实现了一种数字调制识别处理系统,可实时识别上述16种调制信号。结果表明,该实时系统对大部分调制信号的识别准确率可达到99%以上,对8PSK、32QAM、128QAM等调制信号的识别准确率可达到94%以上。

基于高阶累积量的变压器多局放源定位算法研究

变压器内部局部放电源的定位是电气设备绝缘领域所面临的技术难题。本文中作者研究了一种用于检测电力变压器局部放电的L字型超声阵列,传感器由7阵元L字形超声波传感器构成。通过高阶累积量的孔径扩展特性对L字型阵列进行虚拟扩展,使扩展后的阵列具有16阵元平面阵列的估计性能,提升了阵列的估计范围,降低了电路的复杂度,减少了硬件成本。通过试验验证了该算法具有与经典MUSIC算法4×4平面阵列DOA效果相当的估计效果,并在高斯色噪声的背景下对比了MUSIC-LIKE算法与MUSIC算法的估计效果,结果显示MUSIC-LIKE算法在相同条件下具有更好的估计精度,能够较好的抑制高斯色噪声干扰,更符合实际工程情况的应用。

基于高阶累积量的不规则阵列内插变换波达方向估计算法

对传感器阵列信号波达方向(DOA,direction of arrival)估计算法研究多集中在均匀线阵、圆阵等规则阵型阵列,但在水下传感网络等应用环境中阵元分布具有一定随机性,阵列呈现不规则特点.论文利用虚拟阵元思想,通过对不规则阵列的虚拟内插,在逻辑上构建多个具有相同配置参数的子阵列;对多个结构相同的子阵,利用空间平滑技术进行相关目标方位估计;为消除内插引入的非高斯有色噪声影响,引入信号高阶累积量,用累积量矩阵代替协方差矩阵,保证算法精确高效.通过计算机仿真,首先对比了不同信噪比和快拍数条件下提出的算法与传统算法性能,其次研究了构建子阵时角度间隔的取值对估计结果的影响,最后定量分析了特定信噪比和快拍数下新算法DOA估计的平均偏差和标准差,结果显示,新算法能有效提高估计精度.

基于高阶累积量张量分解的联合盲源分离算法

提出一种基于高阶累积量张量分解的联合盲源分离(JBSS)算法,该算法可以从多组数据集的观测信号中恢复出源信号.首先通过计算多组数据集观测信号的高阶互累积量张量,利用累积量张量潜在的对角结构,将JBSS问题转化为高阶张量CP分解(CPD)问题.接下来,通过张量列分解(TTD)将高阶张量分解为由不高于3阶的多个互连的核张量组成的简单张量网络,由此将高阶CPD问题转化为多个3阶CPD问题.最后,根据TTD与CPD之间的关系,在多次3阶CPD之后,通过依次对因子矩阵进行重新排序与缩放得到多数据集的混合矩阵,进而实现对源信号的分离.实验结果表明,该算法具有较快的运行速度.

利用高阶累积量相关性的地震波传感器阵列目标检测方法

针对传统决策级判决检测方法虚警率高、信息浪费的问题,提出一种远场环境下可有效消除噪声影响的基于高阶累积量矩阵相关性目标检测方法:通过在传感器节点端设定一个发送数据的触发门限,预先对参与融合检测的传感器节点个数进行约束,融合中心在收到节点发送的数据后,计算信号的四阶累积量构建累积量矩阵,并构建相关性统计量作为融合检测的判决统计量;利用临近节点信号累积量矩阵列向量之间的相关性,结合判决统计量得到在恒虚警概率下的检测门限,判断目标是否存在,实现对目标的融合检测.仿真发现其在不同噪声环境下能有效检测出目标,且检测性能优于现有检测方法.

NOMA系统下基于高阶累积量的叠加信号调制识别

为解决非正交多址系统中的信号调制识别问题,利用高阶累积量的特性,提出了一种基于高阶累积量的调制识别算法,主要包含特征提取、概率密度函数构建和信号分类三个模块。仿真结果表明,与已有算法相比,所提出的基于高阶累积量的调制识别算法,在中低信噪比下可有效改善系统的识别性能。最后,利用浮点数计算了所提出算法的复杂度,结果表明该算法相较传统的最大似然检测算法复杂度大大降低,证明了该算法的有效性。

基于高阶累积量和BP神经网络的数字调制识别

针对非合作通信下低信噪比数字调制识别率低的问题,论文提出了一种基于高阶累积量和BP神经网络的调制识别方法。此方法借助二、四、六、八阶累积量构造出T1、T2两种特征值,这两种特征值可以在较低的信噪比下有效地识别2ASK、4ASK、2FSK、4FSK、2PSK、4PSK六种数字调制信号。经过Matlab仿真实验可以得出,当信噪比大于等于-3dB时,六种信号的识别率都可达到100%。

基于高阶累积量构造特征参数的调制识别方法

针对传统基于高阶累积量的无线通信信号调制识别方法存在不含频率信息、低信噪比(signal to noise ratio,SNR)下识别率低及识别种类较少等问题,设计了一种新的基于高阶累积量构造特征参数的调制识别方法.该方法引入一阶微分和中值滤波预处理等技术,有效解决了多进制频移键控(M-ary frequency-shift keying,MFSK)信号的组内识别问题.进一步地,改进特征参数设置,设计识别流程,提升低信噪比下多达10种常用调制信号的识别率.蒙特卡洛仿真实验验证了所设计方法具有识别信号种类多和识别率高等优点,有望应用于实际场景.

基于高阶累积量的多径信道调制方式自动识别

在多径信道条件下,信道衰落和接收机滤波器失配会导致信号调制方式识别效果变差。针对这种情况,研究分析了有效的信号调制方式识别方法。基于高阶累积量结合盲信道估计的算法实现了多径信道环境下调制信号的自动识别。并改进了特征参数和决策方法,使不同调制方式的特征参数之间的距离更大。使用K-NN近邻法进行识别,在低信噪比条件下识别效率提高。仿真结果表明,改进算法能有效地抑制多径衰落。

一种基于高阶累积量的因果结构学习算法

从观测数据中学习因果结构具有重要的应用价值。目前,一类学习因果结构的方法是基于函数因果模型假设,通过检验噪声与原因变量的独立性来学习因果结构。然而,该类方法涉及高计算复杂度的独立性检验过程,影响结构学习算法的实用性和鲁棒性。为此,提出了一种在线性非高斯模型下,利用高阶累积量作为独立性评估的因果结构学习算法。该算法主要分为两个步骤,第一个步骤是利用基于条件独立性约束的方法学习到因果结构的马尔可夫等价类,第二个步骤是定义了一种基于高阶累积量的得分,该得分可以判别两个随机变量的独立性,从而可以从马尔可夫等价类中搜索到最佳独立性得分的因果结构作为算法的输出。该算法的优势在于:a)相比基于核方法的独立性检验,该方法有较低的计算复杂度;b)基于得分搜索的方法,可以得到一个最匹配数据生成过程的模型,提高学习方法的鲁棒性。实验结果表明,基于高阶累积量的因果结构学习方法在合成数据中F1得分提高了5%,并在真实数据中学习到更多的因果方向。

基于高阶累积量的OFDM信号和单载波信号识别

本文提出了一种利用高阶累积量实现OFDM信号和单载波调制信号识别的方法。该方法利用接收信号的高阶累积量提取特征参数,并结合星座图聚类分析,采用一种决策树的多分类器实现信号的分类识别。使用的特征参数对信号的信道抖动和相位延时不敏感,且能抑制噪声的影响,易于工程实现。仿真和实验结果表明,该方法能有效识别出OFDM信号和单载波信号,具有一定的实际应用价值和发展前景。

基于高阶累积量的局部放电超高频信号时延估计算法

时延估计是基于时间差的变电站局部放电空间定位算法的基础,也是决定定位准确度的关键。为此,以Tugnait的高阶统计量理论为基础,提出了基于4阶累积量的局部放电超高频(UHF)信号时延估计算法,并给出了具体的时延计算方法。该算法以高阶累积量代替信号本身来进行相关分析,估算得出信号时延,具有对相关特性未知的Gaussian噪声不敏感的优点。仿真实验利用双指数振荡衰减函数,并加入Gaussian噪声和定频干扰,模拟变电站现场局部放电超高频信号,利用该时延估计算法可以准确得到信号时延。最终利用该算法计算变电站实测多路超高频信号的时延,并将该时延序列应用于基于天线阵列的变电站局部放电定位,估算出局部放电源的空间位置,且定位误差<0.3m,验证了该算法的有效性和实用性。

基于高阶累积量ARMA模型线性非线性结合的地震子波提取方法研究

在地震子波非因果、混合相位的假设下,本文应用自回归滑动平均(ARMA)模型对地震子波进行参数化建模,并提出利用线性(矩阵方程法)和非线性(ARMA拟合方法)相结合的参数估计方式对该模型进行参数估计.在利用矩阵方程法确定模型参数范围的基础上,利用累积量拟合法精确估计参数.理论分析和仿真结果表明,该方式有较好的适应性:一方面提高了子波估计精度,避免单独使用矩阵方程法在短数据地震记录情况下可能带来的估计误差;另一方面提高了子波提取运算效率,降低了ARMA模型拟合方法参数范围确定的复杂性,避免了单纯使用滑动平均(MA)模型拟合法估计过多参数所导致的运算规模过大问题.初步应用结果表明该方法是有效可行的.

一种基于高阶累积量的近场源距离、频率和方位联合估计算法

本文提出了一种基于高阶累积量的近场源距离、方位及频率三维参数联合估计方法,该方法利用构造的累积量矩阵的特征分解获得信号子空间,三维参数估计分别由构造的矩阵的特征值直接估计得到,算法计算简单而无需任何搜索且适于任意高斯噪声环境,与现有的方法相比,本文算法由于无需利用阵列的中心对称结构,因而有效的避免了阵列的孔径损失.最后,计算机仿真实验验证了算法的性能.

基于高阶累积量和循环谱的信号调制方式混合识别算法

为了识别当前通信系统所采用的主要调制方式,该文结合高阶累积量和循环谱的特点,采用混合识别算法,同时应用智能决策算法(神经网络)对信号进行识别。该算法基于四阶和六阶高阶累积量构造出一个新的特征参数,将数字调制信号分为{BPSK,2ASK},{QPSK},{2FSK,4FSK},{MSK}和{16QAM,64QAM}5类。然后利用高阶累积量的其它特征参数以及循环谱特征对{OFDM},{16QAM,64QAM},{2ASK,BPSK}及{2FSK,4FSK}进行识别。为便于工程实现,该文采用半实物仿真以及Lab VIEW和MATLAB混合编程来验证算法。仿真结果证明,该算法能够在较低信噪比下实现对{OFDM,BPSK,QPSK,2ASK,2FSK,4FSK,MSK,16QAM,64QAM}等多种信号的分类,在信噪比高于5 d B时,调制方式识别率可达94%以上,由此证明了该方法的有效性。

基于高阶累积量的齿轮系统故障检测与诊断

详细讨论高阶累积量(Higller order cumulants,HOC)的特点和性质,分析基于HOC理论的相关信号处理技术,以及在处理随机信号的非线性特性时独特的功能。基于HOC的振动信号分析处理技术,即双谱分析、1.5维谱分析以及双相干谱分析方法,分析了各自特点以及估计算法。在此基础上,将HOC引入到机械传动齿轮系统的故障诊断分析之中,对系统故障特征进行提取并对故障类型进行区分。对不同大小和不同类型故障的传动系统进行试验测试,采用HOC进行特征提取识别,并对HOC理论实际应用效果作了分析评价,表明HOC是一种较理想有前途的有效方法。

一种基于高阶累积量的数字调相信号识别方法

针对当前通信信号中常用的数字调相信号BPSK、QPSK、π/4-QPSK、8PSK的调制识别问题,提出了一种基于信号差分高阶累积量的识别算法。该算法分两个层次进行调制识别,首先利用信号的四阶累积量特征对BPSK、QPSK和{π/4-QPSK、8PSK}信号进行识别,然后再利用信号差分的四阶和八阶累积量特征对π/4-QPSK、8PSK信号进行识别。从理论上分析了的该算法的有效性,并通过计算机仿真验证了算法具有良好的性能。

基于高阶累积量和支撑矢量机的调制识别研究

提出一种基于高阶累积量和支撑矢量机的数字信号自动调制识别新方法 ,即将接收信号的四阶、六阶累积量作为分类特征向量 ,利用支持矢量机把分类特征向量映射到一个高维空间 ,并在高维空间中构造最优分类超平面以实现信号分类。这种方法对高斯噪声和星座图由于信号初始相位而引入的旋转具有良好的稳健性 ,并避免了神经网络中的过学习和局部极小点等缺陷。计算仿真结果表明 。

基于高阶累积量的柴油发动机曲轴轴承故障特征提取

利用基于高阶累积量降维处理的1.5维谱、2.5维谱分析曲轴轴承不同磨损间隙下的发动机振动信号,提取曲轴轴承磨损故障的特征参数,有效地解决了高阶累积量计算量巨大,难以实现在线应用的缺点。试验时将振动加速度传感器放置在发动机缸体的5个不同的位置测取振动信号并分析,提取高阶谱降维处理后的特定频段内的频带能量作为特征值。结果表明,所提出的方法能够有效地抑制噪声的干扰,提取出的特征参数能够较好地反映曲轴轴承的技术状态,且当发动机转速达1 300 r/min以上,振动加速度传感器置于油底壳与缸体接缝处的左右两侧时,采集的振动信号最能反映曲轴轴承的技术状况。