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时频原子分解方法在牵引供电系统谐波检测中的应用

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时频原子分解方法在牵引供电系统谐波检测中的应用

作者：何国军西南交通大学

学位级别：硕士

近几年来,随着我国高速铁路的发展以及各种电力电子器件和非线性装置的广泛应用,使得牵引供电系统中电流波形畸变越来越严重,严重影响电网的电能质量。产生的谐波如不能得到及时治理,注入电力系统后,可能发生谐振或谐波放大的情况,会产... 详细信息

近几年来,随着我国高速铁路的发展以及各种电力电子器件和非线性装置的广泛应用,使得牵引供电系统中电流波形畸变越来越严重,严重影响电网的电能质量。产生的谐波如不能得到及时治理,注入电力系统后,可能发生谐振或谐波放大的情况,会产生过电压、过电流,危害系统安全运行。传统的牵引供电系统谐波检测方法主要为傅立叶变换法和小波变换法。傅立叶变换法只适合于对平稳信号进行检测,并且存在频谱泄漏和栅栏现象。由于其时频窗的宽度固定,不能自适应调整,因而分辨率较低。小波变换的实质是一个带通滤波过程,不能有效提取出任意频率的谐波信号,会出现频谱混叠现象。因此寻求更适合于牵引供电系统谐波信号的分析方法显得更加重要。本文利用时频原子分解方法对牵引供电系统谐波信号进行检测分析,着重分析电气化铁路谐波信号的特性,并且将该方法用于电气化铁路谐波电流实测数据的检测分析中。通过对牵引供电系统实测谐波数据的仿真分析,结果表明将时频原子分解方法用于牵引供电系统谐波检测中是非常有效的。论文的主要工作及研究内容如下：（1）分析总结牵引供电系统谐波仿真、谐波检测方法的国内外发展现状。熟悉时频原子分解方法的应用领域,深入研究时频原子分解方法的基本理论,介绍各种原子库的构建方法,并分析该算法的优缺点。（2）针对时频原子分解方法计算量大的问题,给出基于智能优化算法的时频原子分解算法。针对电力谐波信号的特点,采用正弦量原子构建原子库,利用智能优化算法的快速寻优能力,寻找时频原子分解过程中所需的最佳原子,降低时频原子分解方法的计算复杂度。本文分别应用粒子群优化算法和差分进化算法对时频原子分解方法进行优化,通过仿真结果比较,验证了基于智能优化算法的时频原子分解方法在计算速度上比传统的时频原子分解方法有明显的优势,其中基于差分进化的时频原子分解方法在分解效果和算法稳定性上表现更优,并将基于差分进化的时频原子分解方法应用到谐波信号分解中。（3）选取典型的SS9型电力机车和CRH2动车组,分别对其牵引主电路和牵引控制系统原理进行介绍、分析。运用Matlab/Simulink仿真软件,建立仿真模型,对SS9型电力机车和CRH2动车组网侧谐波进行仿真,并分析总结其谐波特性。（4）详细分析牵引供电系统谐波特点,由于电气化铁道谐波信号中基波的能量相对于其他各次谐波的能量大得多,直接应用时频原子分解方法存在模态混叠的问题。因此本文首先将谐波信号运用傅立叶变换滤波对指定频率部分进行筛分,然后运用基于差分进化的时频原子分解方法和构建的正弦原子库,对牵引供电系统仿真谐波信号和实测谐波信号进行分解,再重新进行组合。仿真结果表明,此方法可以有效地检测出牵引供电系统基波及各次谐波分量,为牵引供电系统谐波检测提供了一种有效的方法,也拓展了时频原子分解方法的应用领域。

关键词：谐波检测时频原子分解智能优化算法差分进化电力机车牵引供电系统

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同方学位论文库

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基于级联原子库的时频原子分解

重庆邮电大学学报（自然科学版） 2011年第5期23卷 530-535页

作者：唐承志张葛祥荣海娜西南交通大学电气工程学院四川成都610031

为了分解多分量雷达辐射源信号,提出一种基于级联原子库的时频原子分解方法。该方法先构建级联原子库,采用该原子库对信号进行时频原子分解,以得到信号的最优稀疏表示。仿真实验结果表明,对多分量雷达辐射源信号进行时频原子分解,该方... 详细信息

为了分解多分量雷达辐射源信号,提出一种基于级联原子库的时频原子分解方法。该方法先构建级联原子库,采用该原子库对信号进行时频原子分解,以得到信号的最优稀疏表示。仿真实验结果表明,对多分量雷达辐射源信号进行时频原子分解,该方法在重构精度、衰减率和重构信号时频聚集性3个方面均优于单一时频原子库下的时频原子分解方法。

关键词：时频原子分解级联原子库多分量雷达辐射源信号

免疫克隆选择算法在雷达信号时频原子分解中的应用

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电讯技术 2015年第7期55卷 779-786页

作者：胡鑫磊张国毅田润澜空军航空大学信息对抗系长春130022

针对传统时频原子在雷达信号分解中计算复杂度比较高的问题,提出了一种基于免疫克隆选择算法的时频原子快速分解方法。首先将Chirplet原子库分解为小原子库,然后并行地在每一个小原子库中搜索最佳原子,搜索过程建模为多参数寻优问题,通... 详细信息

针对传统时频原子在雷达信号分解中计算复杂度比较高的问题,提出了一种基于免疫克隆选择算法的时频原子快速分解方法。首先将Chirplet原子库分解为小原子库,然后并行地在每一个小原子库中搜索最佳原子,搜索过程建模为多参数寻优问题,通过免疫克隆选择算法的克隆、变异、记忆、替换等操作求解最优值,最后比较每一个小原子库中的最佳原子,将相似度最大的原子作为分解的最佳原子。仿真实验表明,该方法能够用较少的时频原子表示信号,在大幅减少时频原子搜索时间的同时,有效地抑制了噪声和交叉项的干扰。

关键词：雷达信号时频原子分解免疫克隆选择法

电能质量扰动信号时频原子分解的进化匹配追踪算法

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电力系统保护与控制 2015年第16期43卷 79-86页

作者：杨烁曹思扬戴朝华朱云芳陈维荣西南交通大学电气工程学院四川成都610031 国家轨道交通电气化与自动化工程技术研究中心四川成都610031

时频原子分解对电能质量扰动信号具有良好的分析效果,但其常用的匹配追踪(MP)算法,存在计算量大、参数空间离散化影响原子匹配性能等不足。基于差分进化,研究了电能质量扰动信号原子分解的进化匹配追踪(EMP)算法,给出了算法流程。针对... 详细信息

时频原子分解对电能质量扰动信号具有良好的分析效果,但其常用的匹配追踪(MP)算法,存在计算量大、参数空间离散化影响原子匹配性能等不足。基于差分进化,研究了电能质量扰动信号原子分解的进化匹配追踪(EMP)算法,给出了算法流程。针对几种电能质量扰动信号,通过Gabor和衰减正弦量原子分解的30次独立仿真实验,分析了信号长度、噪声等对性能的影响。结果表明,EMP算法与MP相比大大减少了计算耗时且不受信号长度的影响,进一步提高了原子的全局匹配能力,具有很好的抗噪声能力。最后,给出了下一步工作的展望。

关键词：时频原子分解匹配追踪差分进化电能质量扰动信号

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雷达辐射源信号时频原子库研究

重庆邮电大学学报（自然科学版） 2011年第4期23卷 437-442,446页

作者：潘杰张葛祥刘章军卢钟灵西南交通大学电气工程学院四川成都610031

在雷达辐射源信号时频原子分解中,原子库的特性直接影响着时频原子库的挑选,如何选取最佳的时频原子库对不同类型的雷达辐射源信号进行分解具有很重要的意义。针对这一问题,利用5种结构性能不同的原子库,结合量子进化算法对5种不同类别... 详细信息

在雷达辐射源信号时频原子分解中,原子库的特性直接影响着时频原子库的挑选,如何选取最佳的时频原子库对不同类型的雷达辐射源信号进行分解具有很重要的意义。针对这一问题,利用5种结构性能不同的原子库,结合量子进化算法对5种不同类别的雷达辐射源信号进行时频原子分解。实验结果表明,时频原子选择与雷达辐射源信号的特点密切相关。

关键词：时频原子库雷达辐射源信号时频原子分解量子进化算法

基于小波及原子库的信号脉内调制方式分析算法研究

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基于小波及原子库的信号脉内调制方式分析算法研究

作者：高威哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

为了对多部敌方雷达进行分辨与识别,并且获取不同雷达的各项参数,需要用信号分选技术对侦收到的随机交迭的信号脉冲流进行分析。新体制雷达信号不断出现,它们功率低、频带宽并有着良好的隐蔽性和抗干扰能力,这使得基于经典5参数(RF、TOA... 详细信息

为了对多部敌方雷达进行分辨与识别,并且获取不同雷达的各项参数,需要用信号分选技术对侦收到的随机交迭的信号脉冲流进行分析。新体制雷达信号不断出现,它们功率低、频带宽并有着良好的隐蔽性和抗干扰能力,这使得基于经典5参数(RF、TOA、PW、PA、DOA)的信号分选方法面临巨大困难。采用脉内特征参数识别辐射源信号是近年来的普遍共识,运用时频分析理论分析截获信号的脉内特征,也是当前研究的热点。信号的脉内调制形式众多,其中相位编码信号(PSK)与线性调频信号(LFM)为两种典型的低截获概率信号,也是本文研究的重点。对于PSK信号的识别,关键在于突变点检测。本文先后采用了小波变换中的多分辨分析(MRA)方法、以及Gabor变换两种方法进行检测。其中,MRA算法优势为其多尺度特性,可以利用不同波形的小波对不同的突变点进行适应,但其处理结果随载频的变化而很不稳定。Gabor变换具有非常强的时频分辨力,且处理结果稳定,但传统方法需进行二维Gabor变换,其计算速度较慢,且在Gabor变换之后,需要进行较复杂的脊线提取过程。因此,本文提出了一种一维Gabor变换算法,在保证较好的稳定性的同时,也具有较快的运算速度。LFM信号识别的关键在于能否完整地获得信号时频能量图的线性特征。本文采用STFT获得信号的时频能量图,再拟合其脊线,获取其中心频率、调制斜率等参数。该算法处理时间较短,但该方法获得的线性特征分散、对噪声相对敏感、且在存在信号交迭时失效的问题。TFAD算法能够获得LFM信号完整的自然特征、抗噪声的性能好、且具备分析相互交迭的线性调频信号的能力,但其有着突出的缺点:计算量过大。本文提出了一种逐维搜索-时频原子分解算法,在充分保证分析能力的情况下,大大提高了运算速度。

关键词：信号分选脉内特征时频分析时频原子分解

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雷达辐射源信号时频原子库特性研究

雷达辐射源信号时频原子库特性研究

作者：潘杰西南交通大学

学位级别：硕士

辐射源信号的时频原子分解,是将辐射源信号在时频原子上线性展开,得到辐射源信号的灵活表示。由于采用良好特性的时频原子,该方法能够从过完备时频原子库中选择时频原子对信号整体和局部结构实现最佳地匹配,从而将辐射源信号的关键信息... 详细信息

辐射源信号的时频原子分解,是将辐射源信号在时频原子上线性展开,得到辐射源信号的灵活表示。由于采用良好特性的时频原子,该方法能够从过完备时频原子库中选择时频原子对信号整体和局部结构实现最佳地匹配,从而将辐射源信号的关键信息提取出。可是,时频原子库种类繁多,特性各不相同,如何挑选符合辐射源信号特点的时频原子库是一个难题,非常值得进一步研究探讨。研究时频原子库的性能,为不同特点的辐射源信号选择符合其特点的时频原子库,实现信号的最佳表示,为下一步辐射源信号时频原子特征提取提供参考作用,故研究原子库性能具有重要意义。然而,目前国内外仅有很少的文献研究辐射源信号的原子库挑选方法。因此,本文针对雷达辐射源信号特点,构建具有相应特性的时频原子库,并为辐射源信号挑选结构性能优良的原子库。论文的主要工作及研究成果如下：（1）研究五种不同结构的时频原子库,对其结构和性能进行对比分析,为不同特点的辐射源信号,挑选符合信号特点的时频原子库,实验采用这五种原子库分别对五种不同类型的辐射源信号进行时频原子分解,结果表明每种信号只有选择结构性能相似的原子库来分解,才能准确的表现出信号的特性。（2）针对单原子库不能准确表现出多分量信号特性的不足,将五种单原子库任意组合成的26种混合原子库,对比分析混合原子库性能,为多分量辐射源信号挑选原子库提供选择方法。实验采用这26种混合原子库对三种不同特点的多分量辐射源信号进行时频原子分解,结果表明选用结构性能相似且原子库之间保持独立的混合原子库来分解多分量信号,能用较少的时频原子表示信号。本文工作得到国家自然科学基金（60702026）、四川省青年科技基金项目（09ZQ026-040）和西华大学信号与信息处理省级重点实验室开放研究基金（SZJJ2009-003）的共同资助。

关键词：时频原子分解量子进化算法匹配追踪雷达辐射源信号时频原子库混合原子库

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快速TFAD在雷达辐射源信号分析中的应用

数据采集与处理 2009年第3期24卷 350-356页

作者：方纯张葛祥刘红文李明西南交通大学电气工程学院成都610031

计算量过大是制约时频原子分解算法在信号处理中应用的主要原因。针对这一问题,提出了一种基于改进量子遗传算法的快速时频原子分解算法。该方法在自适应匹配能力强的Chirp原子库的基础上,利用改进量子遗传算法快速寻找能够表示雷达辐... 详细信息

计算量过大是制约时频原子分解算法在信号处理中应用的主要原因。针对这一问题,提出了一种基于改进量子遗传算法的快速时频原子分解算法。该方法在自适应匹配能力强的Chirp原子库的基础上,利用改进量子遗传算法快速寻找能够表示雷达辐射源信号特征信息的最佳时频原子,从而降低时频原子分解算法的计算复杂度。对雷达辐射源信号的仿真实验结果表明,该方法比传统的时频原子分解算法计算速度大幅度提高,计算量减小,而且重构信号时频图时频聚集性好,并有一定的抗噪性能。

关键词：雷达辐射信号时频原子分解改进量子遗传算法 Chirp原子

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雷达辐射源信号无意调制研究

雷达辐射源信号无意调制研究

作者：田波西南交通大学

学位级别：硕士

雷达辐射源信号无意调制是现代电子对抗领域一个极其重要的研究课题,它主要是由雷达发射机各硬件部件及其电路产生的相位噪声引起的,利用各雷达辐射源信号无意调制特征,可以从日益复杂的电磁环境中判断信号来自哪部雷达,进而实现对其平... 详细信息

雷达辐射源信号无意调制是现代电子对抗领域一个极其重要的研究课题,它主要是由雷达发射机各硬件部件及其电路产生的相位噪声引起的,利用各雷达辐射源信号无意调制特征,可以从日益复杂的电磁环境中判断信号来自哪部雷达,进而实现对其平台的识别跟踪,为战场分析提供有利条件。传统的雷达辐射源信号侦察中,重点研究的是基于常规参数信息的获取或者分析进行,而来自雷达发射机各硬件差异的无意调制特征往往被视作微弱噪声而忽略其对雷达辐射源信号的影响;相反,在研究雷达辐射源信号无意调制时,常规参数信息不再是研究的主体,体现雷达辐射源个体固有属性的无意调制特征成为关注的重点。雷达辐射源信号无意调制的分析、研究是雷达辐射源个体识别的重要方面,但是目前很少在公开的文献中出现,没有形成统一的理论。因此,本文主要针对工作在相同模式,相同型号下的不同雷达辐射源个体,研究雷达辐射源信号无意调制。论文的主要工作及研究成果如下： 1.详细介绍雷达辐射源信号无意调制的基本理论,分析无意调制产生的机理,得出雷达发射机相位噪声是影响辐射源信号无意调制的主要原因。对雷达发射机的结构模型和相位噪声模型进行了详细的分析研究,最后讨论雷达发射机总的输出相位噪声分布。 2.为了分析雷达辐射源信号无意调制特征,针对常规雷达信号（CW）、二相编码信号（BPSK）和线性调频信号（LFM）三种雷达辐射源信号模型,分析了各自无意调制实现方法,并进行了仿真实验。 3.研究雷达辐射源信号无意调制特征提取技术,采用时频原子分解方法,提取雷达辐射源信号无意调制频域特征。 4.构建两种时频原子库,针对工作在相同模式、相同型号下的不同雷达辐射源CW信号个体,提出基于Gabor原子库的雷达辐射源信号无意调制特征提取方法。该方法将表征CW信号无意调制信息的最佳Gabor原子时频参数以及相似度作为无意调制特征参数。由于时频参数的引入,使得本方法能够用时频域整体与局部化信息分量表示雷达辐射源信号的无意调制。 5.由于Chirp原子对LFM信号的自适应能力比Gabor原子强的特点,针对工作在相同模式、相同型号下的不同雷达辐射源LFM信号个体,提出基于Chirp原子库的雷达辐射源信号无意调制特征提取方法。该方法同样将提取的Chirp原子时频参数及相似度表示雷达辐射源信号的无意调制。本文工作得到国家自然科学基金项目（60702026）和四川省青年科技基金项目（09ZQ026-040）共同资助。

关键词：雷达辐射源信号无意调制电子对抗相位噪声个体识别时频原子分解特征提取 Gabor原子 Chirp原子