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雷达鸟类目标微多普勒贝叶斯增强算法

系统工程与电子技术 2024年第2期46卷 505-516页

作者：杨磊孙卫天毛欣瑶夏亚波桑婧隺中国民航大学电子信息与自动化学院天津300300 天津港远航国际矿石码头有限公司天津300452

针对传统恒虚警率(constant false-alarm rate,CFAR)方法难以探测鸟类目标的问题,提出一种基于时频(time-frequency,TF)域鸟类目标微多普勒贝叶斯增强算法。首先,以鸟类目标扑翼模型为基础,建立雷达回波信号及微多普勒模型。其次,考虑... 详细信息

针对传统恒虚警率(constant false-alarm rate,CFAR)方法难以探测鸟类目标的问题,提出一种基于时频(time-frequency,TF)域鸟类目标微多普勒贝叶斯增强算法。首先,以鸟类目标扑翼模型为基础,建立雷达回波信号及微多普勒模型。其次,考虑短时傅里叶变换(short-time Fourier transform,STFT),对回波信号进行时频分析。针对STFT加窗操作影响分辨率及其对杂波敏感的问题,引入广义高斯分布对先验自适应建模,在贝叶斯推理方式下实现时频域微多普勒特征增强。考虑到目标非多普勒特征非平滑,后验分布计算困难,提出用近端未调整朗之万算法(proximal unadjusted Langevin algorithm,P-ULA)进行高效求解。仿真及实测实验数据表明,所提算法不仅能够有效抑制背景噪声,而且可以在一定程度上保留微多普勒特征的连续性。

关键词：雷达鸟类目标探测微多普勒特征短时傅里叶变换广义高斯分布贝叶斯学习

基于短时傅里叶变换的快速贝叶斯模态参数识别方法

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建筑结构学报 2023年第5期44卷 305-314,334页

作者：杜航徐海巍楼文娟浙江大学建筑工程学院浙江杭州310058

为反映结构非平稳响应信号的时频特性,提出基于短时傅里叶变换的快速贝叶斯模态参数识别(FBST)方法。该方法采用短时傅里叶变换代替傅里叶变换进行模态参数识别,使模态参数的识别同时具有时频特性,同时能够给出识别结果的不确定性。利... 详细信息

为反映结构非平稳响应信号的时频特性,提出基于短时傅里叶变换的快速贝叶斯模态参数识别(FBST)方法。该方法采用短时傅里叶变换代替傅里叶变换进行模态参数识别,使模态参数的识别同时具有时频特性,同时能够给出识别结果的不确定性。利用时域分解解耦技术,将多自由度多模态响应信号转变为单自由度单模态响应信号以提升计算效率,推导得到高信噪比下负对数似然函数的表达式。采用数值算例验证了FBST方法在时变频率和阻尼比识别上的有效性。在此基础上,针对某大跨柔性光伏支架结构气弹模型的风洞试验数据和某高层建筑风振实测加速度响应数据,利用FBST方法识别了对应结构的阻尼比、频率,并与连续小波变换和Hilbert-Huang变换等经典方法的识别结果进行对比。数值算例分析结果显示,对于时变、非时变信号,FBST方法均能识别与理论值较为一致的阻尼比和频率结果。对于大跨柔性光伏支架结构的气弹试验数据和高层建筑实测加速度响应,FBST方法识别得到的频率结果与连续小波变换以及Hilbert-Huang的结果较为一致,而识别出的阻尼比存在较大变异系数。

关键词：模态参数识别时域分解短时傅里叶变换快速贝叶斯时频特性非平稳过程

场地条件对高速铁路桥梁-轨道系统震后残余变形的影响

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中南大学学报（自然科学版） 2023年第5期54卷 1823-1838页

作者：余建周旺保蒋丽忠刘祥冯玉林中南大学土木工程学院湖南长沙410075 中南大学高速铁路建造技术国家工程研究中心湖南长沙410075 福建工程学院土木工程学院福建福州350118 华东交通大学土木建筑学院江西南昌330013

以带CRTSⅡ型板式无砟轨道结构的高速铁路多跨简支梁为研究对象,分析高速铁路桥梁-轨道系统震后残余变形的分布规律,提出一种描述震后残余变形的特征曲线,比较在不同地震强度下场地条件对震后残余变形的影响。研究结果表明:在横向地震... 详细信息

以带CRTSⅡ型板式无砟轨道结构的高速铁路多跨简支梁为研究对象,分析高速铁路桥梁-轨道系统震后残余变形的分布规律,提出一种描述震后残余变形的特征曲线,比较在不同地震强度下场地条件对震后残余变形的影响。研究结果表明:在横向地震作用下,支座发生了严重的横向变形,箱梁发生了明显的横向偏移,其余构件没有发生损伤;在纵向地震作用下,各构件没有发生损伤;多遇地震作用后,高速铁路桥梁-轨道系统无需修复,震后高速列车运行无需减速;在设计地震和罕遇地震作用后,支座需要更换,震后高速列车运行需要减速;随着土体柔软程度的提升,震后残余变形的幅值明显增加;地震作用后当高速列车由坚硬场地行驶至柔软场地时,需要适当减速。

关键词：桥梁工程高速铁路演化功率谱密度短时傅里叶变换地震残余变形场地条件

基于STFT的织构涂层硬质合金表面振动解析方法

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仪器仪表学报 2023年第4期44卷 284-295页

作者：佟欣王守猛哈尔滨理工大学机械动力工程学院哈尔滨150080

针对织构涂层复合工艺对硬质合金表面改性时存在消极振动的问题,提出一种基于织构涂层表面摩擦振动行为的解析方法来探索织构涂层复合工艺改性效果。因此,搭建了微织构AlSiTiN涂层硬质合金-钛合金磨盘摩擦磨损试验平台,基于短时傅里叶变... 详细信息

针对织构涂层复合工艺对硬质合金表面改性时存在消极振动的问题,提出一种基于织构涂层表面摩擦振动行为的解析方法来探索织构涂层复合工艺改性效果。因此,搭建了微织构AlSiTiN涂层硬质合金-钛合金磨盘摩擦磨损试验平台,基于短时傅里叶变换(STFT)与灰度算法对摩擦振动变化规律性映射和振动行为平稳时段进行了获取,进而分析了微织构AlSiTiN涂层工艺参数对硬质合金的改性效果。试验研究得出了微织构及AlSiTiN涂层对硬质合金表面耐磨改性效果最为积极的时间段,即自接触摩擦起第5~25 min的稳定作用时期,得出微织构及AlSiTiN涂层参数对硬质合金表面改性的影响机理,优选该复合改性方法抑制硬质合金表面消极摩擦振动的工艺参数,为提升硬质合金表面性能研究提供新思路。

关键词：织构涂层硬质合金摩擦振动短时傅里叶变换灰度算法

窗口伸缩优化的同步压缩算法及其在变转速工况瞬时频率估计上的应用

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中国机械工程 2022年第1期33卷 34-44页

作者：吴红安吕勇易灿灿袁锐武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室武汉430081 武汉科技大学机械传动与制造工程湖北省重点实验室武汉430081

针对传统时频分析方法的固定窗在分析非线性调频信号时存在时频聚集性不高等问题,在短时傅里叶变换基础上引入同步压缩理论,利用信号的局部信息特征,提出一种窗口伸缩优化的时频同步压缩变换算法,并在此基础上推导出二阶及高阶的窗口伸... 详细信息

针对传统时频分析方法的固定窗在分析非线性调频信号时存在时频聚集性不高等问题,在短时傅里叶变换基础上引入同步压缩理论,利用信号的局部信息特征,提出一种窗口伸缩优化的时频同步压缩变换算法,并在此基础上推导出二阶及高阶的窗口伸缩优化的同步压缩变换算法。该方法能够兼顾同步压缩变换和重排的优势,进一步锐化时频脊线,从而增强时频表示的能量聚集水平,提高信号时频分辨率。鉴于信号的先验知识未知,以最小信息熵准则为依据对截取信号窗口进行伸缩优化,利用熵值对时变窗口参数进行估计从而确定各时刻的最优窗宽。仿真信号和实际信号分析结果验证了该方法的有效性。

关键词：时频分析多分量非平稳信号短时傅里叶变换同步压缩变换窗口伸缩优化

基于生成对抗网络的伪码调相脉冲多普勒引信引导式干扰方法

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兵工学报 2022年第10期43卷 2534-2544页

作者：李剑锋闫晓鹏郝新红于洪海北京理工大学机电动态控制重点实验室北京100081

针对低信噪比环境下难以精准估计复合调制引信信号参数,造成传统引导式干扰方法对伪码调相脉冲多普勒引信干扰效率低的问题,提出基于生成对抗网络(GAN)的伪码调相脉冲多普勒引信引导式干扰方法,实现低信噪比环境下对伪码调相脉冲多普勒... 详细信息

针对低信噪比环境下难以精准估计复合调制引信信号参数,造成传统引导式干扰方法对伪码调相脉冲多普勒引信干扰效率低的问题,提出基于生成对抗网络(GAN)的伪码调相脉冲多普勒引信引导式干扰方法,实现低信噪比环境下对伪码调相脉冲多普勒引信的有效干扰。对伪码调相脉冲多普勒引信下变频获取中频信号并预处理,获取去噪处理后的时频分布及相位等信息。通过GAN模型利用时频分布数据进行数据生成,在低信噪比环境下无需估计引信参数即可生成与引信中频信号相关度极高的数据。将获得的数据利用逆变换生成时域波形重构出引信干扰信号。实验结果表明,在低信噪比环境下,基于GAN的伪码调相脉冲多普勒引信引导式干扰方法能够对伪码调相脉冲多普勒引信产生良好的干扰效果。

关键词：伪码调相脉冲多普勒引信引导式干扰生成对抗网络短时傅里叶变换波形重构

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基于集成深度学习的有源干扰智能分类

系统工程与电子技术 2022年第12期44卷 3595-3602页

作者：吕勤哲全英汇沙明辉董淑仙邢孟道西安电子科技大学电子工程学院陕西西安710071 北京无线电测量研究所北京100854 西安电子科技大学前沿交叉研究院陕西西安710071

针对现有基于机器学习的雷达有源干扰分类大多需要构建人工特征集且小样本情况下分类精度低的问题,提出一种基于多通道特征融合的集成卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)分类方法。首先,建立多种有源干扰的数学模型,仿真... 详细信息

针对现有基于机器学习的雷达有源干扰分类大多需要构建人工特征集且小样本情况下分类精度低的问题,提出一种基于多通道特征融合的集成卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)分类方法。首先,建立多种有源干扰的数学模型,仿真并利用短时傅里叶变换获得其时频分布图;其次,提取时频分布图的实部、虚部和模值三通道特征,通过多种特征组合方式建立不同特征组合的样本集;最终,构建以CNN为基分类器的集成深度学习模型,每个CNN分别提取不同样本集的特征,对所有基分类器的预测结果做多数投票得到集成模型的整体预测结果。实验表明,该方法能够有效实现小样本情况下多类有源干扰的高精度智能化识别。

关键词：有源干扰分类短时傅里叶变换集成学习卷积神经网络小样本

短时傅里叶变换的舰船辐射噪声纵向分布特性分析

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舰船科学技术 2020年第2期 22-24页

作者：王宏艳冯烨苗梦露唐山科技职业技术学院

舰船的辐射噪声主要来源于船舶主机、辅机以及船舶螺旋桨等结构,辐射噪声不仅会对船载设备的精密程度造成影响,还会大大降低船舶的隐蔽性,尤其是执行作战任务时,在声场条件下很容易被敌方侦测到。为了系统的分析船舶辐射噪声的特点,提... 详细信息

舰船的辐射噪声主要来源于船舶主机、辅机以及船舶螺旋桨等结构,辐射噪声不仅会对船载设备的精密程度造成影响,还会大大降低船舶的隐蔽性,尤其是执行作战任务时,在声场条件下很容易被敌方侦测到。为了系统的分析船舶辐射噪声的特点,提高船舶的隐蔽性设计,本文首先对船舶辐射噪声的来源等问题进行了研究,然后基于短时傅里叶变换等噪声信号处理方法,对船舶的辐射噪声的纵向分布特性进行了研究,有利于改善船舶的隐蔽性,降低船舶辐射噪声。

关键词：辐射噪声短时傅里叶变换分布特性隐蔽性

短时傅里叶变换的FPGA实现及其在滚动轴承故障诊断中的应用

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短时傅里叶变换的FPGA实现及其在滚动轴承故障诊断中的应用

作者：郝林宁西安电子科技大学

学位级别：硕士

目前,在设备故障诊断领域有多种监测手段,有振动法、噪声法、温度法、压力法等。通常选择振动法作为设备监测、诊断的主要手段。在众多信号处理的方法中传统基于FFT(快速傅里叶变换)的信号处理方法为故障诊断的发展提供了巨大的帮助。... 详细信息

目前,在设备故障诊断领域有多种监测手段,有振动法、噪声法、温度法、压力法等。通常选择振动法作为设备监测、诊断的主要手段。在众多信号处理的方法中传统基于FFT(快速傅里叶变换)的信号处理方法为故障诊断的发展提供了巨大的帮助。目前对于故障信号常用非平稳信号时频联合分析方法。由于FPGA(现场可编程门阵列)相对于普通CPU在信号处理方面有着巨大优势,并行处理数据速度快,接口设计方便,因此本文主要研究信号时频分析在FPGA平台的实现,主要开展了以下几方面工作。首先,本文阐述了不同时频分析方法的优缺点,并且研究其算法实现原理,为其后基于FPGA平台实现时频域信号处理奠定基础。其次,设计信号分帧加窗的方法。最后根据FPGA设计流程实现了振动信号的FFT变换信号处理的算法,为STFT(短时傅里叶变换)的FPGA实现提供了一种可实现的方法。在本文中选用赛灵思公司的FPGA平台及Vavido开发工具,设计了基于FPGA实现短时傅里叶变换方法的方案。用FPGA实现拥有灵活编程的优势,并且采用硬件对信号进行处理避免了普通CPU在进行大量数学运算缓慢缺点。最终,通过对滚动轴承故障信号的处理,分析验证了STFT在FPGA平台上实现的可行性,验证了该方案的正确性。对构建小型便携式故障诊断仪器的研究具有一定的参考价值。

关键词：非平稳信号故障诊断现场可编程门阵列短时傅里叶变换