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基于图信号处理的智能电表功率信号分解

电力系统自动化 2019年第4期43卷 79-85,93页

作者：祁兵刘利亚武昕石坤薛溟枫华北电力大学电气与电子工程学院北京市102206 中国电力科学研究院有限公司北京市100192 国网无锡供电公司江苏省无锡市214061

智能电表的大规模部署,使得对电表采集的低频信号进行数据分析成为一个研究热点。以非侵入式负荷监测为背景,研究基于图信号处理(GSP)的低频功率信号分解算法。首先,将功率信号分解定义为最小化求解问题,并引入基于图转移矩阵的全局变... 详细信息

智能电表的大规模部署,使得对电表采集的低频信号进行数据分析成为一个研究热点。以非侵入式负荷监测为背景,研究基于图信号处理(GSP)的低频功率信号分解算法。首先,将功率信号分解定义为最小化求解问题,并引入基于图转移矩阵的全局变化量作为正则项。然后,分两步对该优化问题求解:第1步最小化正则项得到满足图信号全局变化量最小的近似解;第2步以该解为基础,利用模拟退火算法对目标函数和约束条件迭代寻优。最后利用开源数据库REDD进行仿真,验证了该算法在分类准确率上的优势,且与其他算法相比对训练数据的依赖性较小。

关键词：非侵入式负荷监测图信号处理功率信号分解正则项

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基于图信号处理的传染病传播预测方法

浙江大学学报（工学版） 2022年第5期56卷 1017-1024页

作者：李文娟邓洪高马谋蒋俊正桂林电子科技大学信息与通信学院广西壮族自治区桂林541004 桂林电子科技大学卫星导航定位与位置服务国家地方联合工程研究中心广西壮族自治区桂林541004

针对现有传染病传播预测模型存在未充分考虑数据的内在关联性的问题,采用图多项式-向量自回归(GPVAR)模型对传染病的传播进行预测,并提出新的用于模型参数估计的优化方法.将传染病发病地区建模为图节点,并根据地区间的距离信息和人群流... 详细信息

针对现有传染病传播预测模型存在未充分考虑数据的内在关联性的问题,采用图多项式-向量自回归(GPVAR)模型对传染病的传播进行预测,并提出新的用于模型参数估计的优化方法.将传染病发病地区建模为图节点,并根据地区间的距离信息和人群流动情况确定节点间的边及其权重,以反映传染病传播过程中的空间关联性.将不同时刻的感染疾病人数建模为时变图信号,使用GP-VAR模型对时变图信号在图上的演变过程进行预测,并设计一种最小二乘(LS)优化方法对GP-VAR模型的参数进行估计.仿真实验结果表明,与现有的预测方法相比,所提方法能够更好地考虑到数据在空间维的相关性和时间维的演变特性,更加准确地刻画传染病的传播特性,且具有普适性,预测效果更好.

关键词：传染病预测图信号处理时间序列时变图信号最小二乘

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一种基于语音图信号处理的端点检测方法

信号处理 2022年第4期38卷 788-798页

作者：郭振超杨震葛子瑞郭海燕王婷婷南京邮电大学通信与信息工程学院江苏南京210003 南京邮电大学通信与网络技术国家地方联合工程研究中心江苏南京210003

本文通过将语音信号处理与图信号处理相结合,为语音样点构建出一种基于遗忘因子的遗忘图拓扑结构,利用基于遗忘图拓扑结构的图邻接矩阵所定义的图傅里叶变换(Graph Fourier Transform,GFT),研究语音图信号的图频域特性。并在此研究基础... 详细信息

本文通过将语音信号处理与图信号处理相结合,为语音样点构建出一种基于遗忘因子的遗忘图拓扑结构,利用基于遗忘图拓扑结构的图邻接矩阵所定义的图傅里叶变换(Graph Fourier Transform,GFT),研究语音图信号的图频域特性。并在此研究基础上,本文将基于自适应子带谱熵(Adaptive Band-partitioning Spectral Entropy,ABSE)算法的端点检测方法拓展至图频域,设计了一种图自适应子带谱熵(Graph Adaptive Band-partitioning Spectral Entropy,GABSE)算法。实验表明,本文所提出的基于遗忘图的GABSE算法可以使得语音段与非语音段谱熵差异更加显著,较传统ABSE算法端点检测及rVAD语音端点检测方法正确率提高了10%~20%,同时也验证了此语音遗忘图结构有效性。

关键词：图信号处理语音端点检测图拓扑结构图谱熵

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基于图信号处理的多声源定位方法研究

信号处理 2024年第10期40卷 1802-1812页

作者：吴晓欢李嘉宁南京邮电大学通信与信息工程学院江苏南京210003

波达方向(Direction of Arrival,DOA)估计技术是语音增强和声学探测中的重要工具,对于语音机器人、视频会议、助听器和声呐等应用至关重要。最近出现的DOA估计新方法,例如图信号处理(Graph Signal Processing,GSP)方法,展现出优异的角... 详细信息

波达方向(Direction of Arrival,DOA)估计技术是语音增强和声学探测中的重要工具,对于语音机器人、视频会议、助听器和声呐等应用至关重要。最近出现的DOA估计新方法,例如图信号处理(Graph Signal Processing,GSP)方法,展现出优异的角度估计能力,有望提供更佳的声源DOA估计解决方案。然而,由于在多声源情况下GSP算法由邻接矩阵无法直接得到接收信号特征向量的正交补矩阵,导致多声源下GSP算法失效。为解决此问题,本文基于多源宽带语音信号的频域单源区域检测实现多声源分离,进而利用GSP和聚类算法实现宽带多声源的定位。具体而言,本文首先将GSP方法扩展到频域。其次,利用短时傅里叶变换将信号分为若干时频区域,筛选出单源主导的时频区域后,对其进行频域GSP单源定位。最后,对所有定位结果进行聚类,再通过加权平均获得最终的角度估计。我们利用LibriSpeech语音语料库构建声源信号进行多声源定位仿真,仿真结果证明,本文方法优于其他算法,较高信噪比下可将误差控制在3°以内。此外,我们使用圆形六阵元麦克风阵列,对实际录制的若干组录音数据应用所提算法进行定位测量,结果展示所提算法的定位误差更小,并在声源较为靠近时也能做到较好的分辨。

关键词：多声源定位 K-均值聚类图信号处理麦克风阵列信号处理

一种基于图信号处理的BP神经网络语音识别方案

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南京邮电大学学报（自然科学版） 2023年第5期43卷 1-8页

作者：叶蕾王婷婷郭海燕陈雪红杨震南京邮电大学通信与信息工程学院江苏南京210003 南京邮电大学通信与网络技术国家地方联合工程研究中心江苏南京210003

文中研究图信号处理技术在语音信号处理领域的实现和应用。基于语音信号基本特征,提出一种语音图信号拓扑结构和图邻接矩阵新方案,即语音采样点为图顶点,全连接语音拓扑结构和语音样值差递减幂函数作为边权重。分析了新方案下浊音、清... 详细信息

文中研究图信号处理技术在语音信号处理领域的实现和应用。基于语音信号基本特征,提出一种语音图信号拓扑结构和图邻接矩阵新方案,即语音采样点为图顶点,全连接语音拓扑结构和语音样值差递减幂函数作为边权重。分析了新方案下浊音、清音和静音的图傅里叶变换。基于新方案下语音图傅里叶变换系数集中于低频的特性,设计图低通滤波器,并将该低通滤波器滤波后的语音信号进行基于BP神经网络的数字语音识别实验,正确识别率获得明显提高。

关键词：图信号处理图傅里叶变换图滤波器语音识别

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基于图信号处理的MVDR波束形成多通道语音增强

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南京邮电大学学报（自然科学版） 2021年第6期41卷 35-40页

作者：杨洋杨震南京邮电大学通信与信息工程学院江苏南京210003 南京邮电大学通信与网络技术国家地方联合工程研究中心江苏南京210003

新兴的图信号处理技术已经在不规则且复杂的信号处理上取得了许多研究成果,但基于图信号的多通道语音处理研究尚处于起步阶段。文中提出了一种基于图信号处理的最小方差无失真响应(Minimum Variance Distortionless Response,MVDR)波束... 详细信息

新兴的图信号处理技术已经在不规则且复杂的信号处理上取得了许多研究成果,但基于图信号的多通道语音处理研究尚处于起步阶段。文中提出了一种基于图信号处理的最小方差无失真响应(Minimum Variance Distortionless Response,MVDR)波束形成方法来进行多通道语音增强。首先,考虑阵列之间位置关系与相位差的联系,定义了一种新的多通道语音邻接矩阵权值,在此基础上构建多通道语音图信号。然后,通过联合通道间图傅里叶变换和帧内图傅里叶变换,定义了多通道图傅里叶变换,在此基础上提出了图频域的MVDR方法来进行多通道语音增强。仿真表明,与传统数字信号处理中的MVDR波束形成方法相比,文中提出的基于图信号处理的MVDR波束形成方法明显提升了增强语音的质量和可懂性。

关键词：图信号处理多通道图傅里叶变换波束形成语音增强

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基于图信号处理的OFDM系统导频设计和信道估计方法

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物联网学报 2022年第3期6卷 91-102页

作者：何彬李国兵陈源张国梅西安交通大学电子与信息学部信息与通信工程学院陕西西安710049

正交频分复用(OFDM,orthogonal frequency division multiplexing)是物联网的物理层关键技术之一,导频设计和信道估计是OFDM系统的关键问题。针对物联网通信场景复杂多样导致固定导频方案性能较差的问题,提出了一种基于图信号处理(GSP,g... 详细信息

正交频分复用(OFDM,orthogonal frequency division multiplexing)是物联网的物理层关键技术之一,导频设计和信道估计是OFDM系统的关键问题。针对物联网通信场景复杂多样导致固定导频方案性能较差的问题,提出了一种基于图信号处理(GSP,graph signal processing)的导频设计和信道估计方法。首先,将时频资源块建模为图信号,将信道估计问题转换为图信号的采样重建问题。进而考虑时频双选衰落的影响,设计加权图邻接矩阵,构造基于时频位置的图拓扑结构。在此基础上,基于图信号采样理论优化导频位置,提出一种基于加权图拓扑构造的导频图案设计方法。同时,基于图信号重建方法进行信道信息重建,提出基于图平滑性约束的信道估计方案。仿真结果表明,所提方法相较于传统方案在双选信道的高速场景下可取得更高的信道估计精度,在低速场景下则可有效节约导频资源。

关键词：正交频分复用图信号处理信道估计导频图案设计图采样

基于图信号处理的频控阵MIMO雷达动目标检测方法

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现代电子技术 2024年第23期47卷 62-68页

作者：廖可非王海军谢宁波桂林电子科技大学信息与通信学院广西桂林541004 桂林电子科技大学卫星导航定位与位置服务国家地方联合工程研究中心广西桂林541004

在复杂信号背景下,频控阵MIMO雷达受到杂波和噪声源的干扰,这极大地降低了其对微弱目标的检测性能。为了应对这一挑战,文中提出一种基于图信号处理的频控阵MIMO动目标检测方法。首先,利用MTI/MTD技术消除多普勒频移项的相位变化;然后构... 详细信息

在复杂信号背景下,频控阵MIMO雷达受到杂波和噪声源的干扰,这极大地降低了其对微弱目标的检测性能。为了应对这一挑战,文中提出一种基于图信号处理的频控阵MIMO动目标检测方法。首先,利用MTI/MTD技术消除多普勒频移项的相位变化;然后构建了FDA-MIMO下的图信号模型,并利用回波信号的图傅里叶变换形式建立谱峰搜索响应函数;最终实现对动目标多普勒-距离-角度参数三维联合估计。仿真结果验证了所提方法在复杂信号环境下相较于经典MUSIC算法能够更准确地估计目标的参数信息,有效提升了微弱目标的检测性能。

关键词：频控阵 MIMO 图信号处理图傅里叶变换动目标检测三维联合估计

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基于图信号处理的无线传感器网络异常节点检测算法

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计算机应用 2020年第3期40卷 783-787页

作者：卢光跃周亮吕少卿施聪苏可可西安邮电大学通信与信息工程学院西安710121 陕西省信息通信网络及安全重点实验室(西安邮电大学) 西安710121

针对无线传感器网络(WSN)中传感器自身安全性低、检测区域恶劣及资源受限造成节点采集数据异常的问题,提出一种基于图信号处理的WSN异常节点检测算法。首先,依据传感器位置特征建立K-近邻(KNN)图信号模型;然后,基于图信号在低通滤波前... 详细信息

针对无线传感器网络(WSN)中传感器自身安全性低、检测区域恶劣及资源受限造成节点采集数据异常的问题,提出一种基于图信号处理的WSN异常节点检测算法。首先,依据传感器位置特征建立K-近邻(KNN)图信号模型;然后,基于图信号在低通滤波前后的平滑度之比构建统计检验量;最后,通过统计检验量与判决门限实现异常节点存在性的判断。通过在公开的气温数据集与PM2.5数据集上的仿真验证,实验结果表明,与基于图频域异常检测算法相比,在单个节点异常情况相同条件下,所提算法检测率提升7个百分点;在多个节点异常情况相同条件下,其检测率均达到98%,并且在网络节点异常偏离值较小时仍具有较高的检测率。

关键词：无线传感器网络图信号处理异常节点检测图低通滤波器平滑度