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一种基于独立成分分析的水下宽带信号波达方位估计方法

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兵工学报 2017年第1期38卷 114-122页

作者：李子高李淑秋闻疏琳中国科学院声学研究所北京100190

在水下目标特征信息缺乏、声纳阵列孔径有限的条件下,对水下宽带信号开展高分辨率、高精度的波达方位估计研究,具有明显的研究意义和应用价值。利用水下信源统计独立的特点,采用基于独立成分分析的状态一致性变换算法进行方位估计;考虑... 详细信息

在水下目标特征信息缺乏、声纳阵列孔径有限的条件下,对水下宽带信号开展高分辨率、高精度的波达方位估计研究,具有明显的研究意义和应用价值。利用水下信源统计独立的特点,采用基于独立成分分析的状态一致性变换算法进行方位估计;考虑到水下加性噪声的高斯分布特性,利用小波降噪的预处理技术,消减混合信号中的高斯噪声成分;针对状态一致性变换在低频段的性能退化,提出一种空间重采样修正方法。使用上述基于空间重采样修正的状态一致性变换算法对仿真及海试数据进行处理,目标方位估计结果表明:该方法具有角度分辨率高、需要阵元数少、对先验知识依赖小、低频段性能稳定的优点,相比常规波束形成、子空间法、传统状态一致性变换3类方法更具性能优越性与实用性。

关键词：信息处理技术宽带信号小波降噪空间重采样频域独立成分分析波达方位估计

基于语音能量比的解决频域ICA次序不确定性问题的算法

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上海大学学报（自然科学版） 2022年第2期28卷 226-237页

作者：王志强王涛金志文上海大学通信与信息工程学院上海200444 中国人民解放军93216部队北京100085

随着人工智能物联网(artificial intelligence&internet of things,AIoT)的发展,硬件技术的飞速进步,更多的智能音箱进入人们的生活,人机交互方式也从早期的遥控变成了人声控制.但设备中麦克风采集到的语音信号往往含有大量噪声和干扰人... 详细信息

随着人工智能物联网(artificial intelligence&internet of things,AIoT)的发展,硬件技术的飞速进步,更多的智能音箱进入人们的生活,人机交互方式也从早期的遥控变成了人声控制.但设备中麦克风采集到的语音信号往往含有大量噪声和干扰人声,为此需对麦克风采集到的语音进行语音分离处理.常用的技术有频域独立成分分析(independent component analysis,ICA),但是频域ICA存在次序不确定性问题,即将分离出的源1分量分类到源2通道,将分离出的源2分量分类到源1通道,从而导致分离性能大大降低.为此,提出一种基于语音能量比来解决频域ICA中次序不确定性问题的算法,有效地提高了分离性能.在SiSEC(Signal Separation Evaluation Campaign)、ChiME(Challenge for Computational Hearing in Multisoure Environments)数据集上对分离性能进行实验,所得结果比已有算法均有提升,且针对强混响环境下的混合信号依然保持良好的分离性能.

关键词：盲源分离语音分离频域独立成分分析次序不确定性能量比

基于多变量频域分解的动态时频过程监控方法研究

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信息与控制 2007年第5期36卷 568-572,577页

作者：夏春明刘长利郑建荣华东理工大学机械工程系上海200237

提出一种基于多变量频域分解的新型动态时频监控方法.结合已有的频域独立成分分析方法以及带约束的非负分解处理,引入时间滑动窗口,在短时窗内动态提取多重主导功率频谱.提出了多种趋势图,以及反映过程变量对主导频谱贡献程度的显著度... 详细信息

提出一种基于多变量频域分解的新型动态时频监控方法.结合已有的频域独立成分分析方法以及带约束的非负分解处理,引入时间滑动窗口,在短时窗内动态提取多重主导功率频谱.提出了多种趋势图,以及反映过程变量对主导频谱贡献程度的显著度指标图.该方法能有效地监控过程系统中主导成分的频率、能量的变化趋势以及过程变量的贡献度,适合于非稳态过程监控以及故障检测与定位.仿真实验表明了该方法是可行的.

关键词：过程监控频域独立成分分析时频分析故障检测

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顺丁橡胶装置及其性能评价和故障源定位研究

顺丁橡胶装置及其性能评价和故障源定位研究

作者：黄毅华东理工大学

学位级别：硕士

顺丁橡胶作为世界第二大合成橡胶,在我国得到广泛生产。论文针对某企业顺丁橡胶装置已运行多年,存在性能退化的情况,对该装置的运行、以及从系统数据分析的角度进行装置控制回路性能评价和故障源定位进行了全面研究。首先概述了顺丁橡... 详细信息

顺丁橡胶作为世界第二大合成橡胶,在我国得到广泛生产。论文针对某企业顺丁橡胶装置已运行多年,存在性能退化的情况,对该装置的运行、以及从系统数据分析的角度进行装置控制回路性能评价和故障源定位进行了全面研究。首先概述了顺丁橡胶生产工艺流程,主要生产装置和控制元件,装置的操作和应急处置;介绍了顺丁橡胶的技术改造和控制系统。借助顺丁橡胶装置DCS系统配套的Matrikon CPM、PI Datalink软件系统,成功获取本文性能评价和故障源定位研究所需现场操作数据。控制回路性能评价采用基于MVC评价得出Harris指标。在波动根源定位分析中：首先采用功率谱密度分析、功率谱独立源分析进行波动检测和识别,然后采用格兰杰因果检验方法进行回路故障根源定位分析。论文给出了有关理论和分析模型,并对顺丁橡胶装置进行了全面的性能评价和故障源定位分析,给出顺丁橡胶装置控制器性能评价结果,单元振荡情况、故障波动传播路径和根源分析诊断结果等结论。论文研究成果使企业够从系统的角度迅速评价装置控制回路性能、定位故障原因、从而指导装置的检修维护、优化系统性能。

关键词：顺丁橡胶性能评价最小方差控制思想故障源定位频域独立成分分析

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少模光纤模式复用系统解复用算法研究

少模光纤模式复用系统解复用算法研究

作者：赵玲吉林大学

学位级别：硕士

随着信息化时代的飞速发展，在高清视频、云文件存储、云计算、移动互联网和其他信息技术的刺激下，全球数据流量正以每年超过50%的速度增长，这对作为互联网传输骨干的长距离光纤传输网络提出了更高的容量要求。然而，随着现行WDM系统... 详细信息

随着信息化时代的飞速发展，在高清视频、云文件存储、云计算、移动互联网和其他信息技术的刺激下，全球数据流量正以每年超过50%的速度增长，这对作为互联网传输骨干的长距离光纤传输网络提出了更高的容量要求。然而，随着现行WDM系统信道数目和信号调制阶数的升高，单根光纤内传输的信号功率日益增大，这加剧了单模光纤内固有的非线性效应和光纤放大器的ASE噪声，从而使单模光纤通信系统的容量逐渐达到信息论上的极限，寻找一种有效的系统扩容方式也成为光纤通信领域亟待解决的一个难题。在这种背景下，作为一种具有巨大应用潜力的系统扩容方式，模式复用技术引起了国内外研究者的高度关注。通过利用模式这一新的自由度，结合适用于长距离信号传输的少模光纤，模式复用技术可以使现有的光纤传输系统容量成倍提升。然而，由于在少模光纤中存在色度色散（CD）、模式耦合（MC）、模式群时延（MGD）等损伤，它们之间的相互影响使模式复用系统的信道状况复杂化，导致接收端的解复用难度大幅度上升，成为少模光纤模式复用技术中一个关键性的难题。因此，本文的主要研究目标是通过对少模光纤信道特性的理论分析，开发一种有效且具有更低复杂度的模式解复用DSP算法。围绕上述中心目标，本文首先简要介绍了少模光纤的概念和少模光纤中的传输模式，分析了少模光纤中的主要串扰来源——模式耦合和模式群时延对模式复用信号的具体影响，并在以上理论基础上建立少模光纤链路的数学模型。随后，分别对用于模式解复用的时域和频域LMS算法进行了研究，对比了两者的算法复杂度和解复用效果。最后，提出将频域ICA算法用于模式解复用，具体介绍了F-ICA算法的模式解复用流程。在不同信噪比和模式耦合强度条件下验证了F-ICA算法的解复用性能，并将其算法复杂度与F-LMS算法做出对比分析。相关的具体工作如下：首先，对长距离模式复用系统的传输媒质——少模光纤的模式传输特性进行了介绍和理论推导。从光波导学角度证明了光纤中模式之间的独立性，明确了模式复用的合理性和可实现性。深入研究了少模光纤中两种最重要的传输损伤：模式耦合和模式群时延对模式复用信号的影响。其次，在色度色散、模式耦合和模式群时延等因素存在的条件下，对双模光纤中的两个非简并模式（LP01和LP11模）进行了建模理论的分析。在理论基础上，通过Mode Solver计算少模光纤参数，利用VPI仿真平台，结合Matlab软件编程，构建了双模光纤传输链路的仿真模型。介绍了模式复用系统的基本原理和结构，并应用建成的双模光纤链路模型在VPI平台内搭建了22少模光纤模式复用仿真系统。再次，对模式解复用中常用的时域和频域LMS算法原理进行了介绍，分别分析了这两类算法的计算复杂度与模式复用系统中模式数目和差分模式时延长度的数学关系。利用上述两种算法进行模式解复用仿真实验，通过输出信号的星座图和眼图观察了两种算法的解复用效果，在光纤中信噪比变化的情况下对比了二者的误码性能。最后，提出将频域ICA算法用于模式解复用。详细介绍了F-ICA算法的模型和分离原理，利用所开发的F-ICA算法在仿真系统内实现模式解复用。通过解复用后信号的星座图和眼图验证了F-ICA算法的解复用效果。在耦合系数、数据长度等参数变化的情况下观察了F-ICA解复用后信号的误码率，证明了算法的稳定性。将其误码性能和算法复杂度与上一章中的F-LMS算法进行对比，结果证明了F-ICA算法在误码性能同等的情况下，具有复杂度上的优势。

关键词：光纤通信模式复用少模光纤模式解复用频域独立成分分析

面向双耳助听系统的低复杂度盲源分离算法研究

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面向双耳助听系统的低复杂度盲源分离算法研究

作者：闫莉莉山东大学

学位级别：硕士

听损患者选择性注意的能力下降,在多人交谈的场景下确定目标说话者时出现困难,这要求助听器能够帮助患者区别目标声源和干扰声源。盲源分离技术在双耳助听器中用于语音增强时,在消除人声干扰的同时能够通过后处理技术保持信号双耳线索,... 详细信息

听损患者选择性注意的能力下降,在多人交谈的场景下确定目标说话者时出现困难,这要求助听器能够帮助患者区别目标声源和干扰声源。盲源分离技术在双耳助听器中用于语音增强时,在消除人声干扰的同时能够通过后处理技术保持信号双耳线索,进而能够帮助患者更好地定位声源,弥补了现有降噪技术的不足,具有很大的应用潜力。卷积混合模型接近于实际环境中的信号混合情况,该模型下有时域和频域两类方法。在回声环境中时域方法收敛性不好,而频域方法通过将时域卷积变为频域相乘获得了高的计算效率。在频域,频域独立成分分析算法（Frequency Domain Blind Source Separation,FDICA）应用广泛,但复杂度相当高,不能满足数字助听器对算法低复杂的要求。针对这个问题,频点选择FDICA通过减少进行ICA迭代的频点数目来降低复杂度。目前的频点选择FDICA均针对小间距麦克风条件下,双耳间距dmic=0.15m条件下还未有相关算法提出,即目前没有能够应用于双耳助听器中的频点选择FDICA。针对现状,本文对双耳间距下频点选择FDICA进行了研究,主要工作如下:1)实现了传统FDICA算法,介绍了复数ICA和解决两种确定性问题等步骤使用的具体算法。ICA算法采用FastICA和SNG ICA的结合算法,讨论了非线性函数和参数的选取问题。置换算法采用基于估计混合矩阵列向量的排序算法。幅度不确定性根据最小失真原则解决。仿真时先通过实验确定ICA的最优参数,该参数设置下大量实验表明实现的传统FDICA具有良好的分离性能。最后简单地估计了传统FDICA每一步的复杂度,发现频点上ICA迭代是主要的复杂度所在,而限制进行ICA的频点数目能够有效地降低这一步的复杂度,这是频点选择FDICA的基本思想。2)在传统FDICA基础上,提出了基于行列式的频点选择FDICA,适用于无回声环境下间距为dmi=0.15m两个麦克风。该算法创新地使用了两次频点选择过程并提出了新的未选频点分离算法。第一阶段频点选择方案采用混合信号协方差矩阵的行列式得到初选频点,第二阶段频点选择方案采用基于箱线图的异常点检测算法对初选频点进一步筛选得到终选频点,两次选择过程保证了选择频点的分离性能。终选频点之外的频点为未选频点,对于这些频点,提出的未选频点分离算法利用估计的相对混合参数构建分离矩阵,同时解决了幅度不确定性问题,简单有效。大量实验表明当阈值设定为0.01时,与传统FDICA相比,提出算法的运行时间下降了约90%,同时分离性能指标均有了显著提升。这说明提出算法能够在降低复杂度的同时提升分离性能。3)在基于行列式的频点选择FDICA基础上,将第一阶段频点选择标准修改为混合信号幅值的互信息,并修改了第一阶段频点选择过程,其他部分不变,提出了基于互信息的频点选择FDICA。通过实验比较了两种频点选择FDICA算法的优劣,发现相比于基于行列式的频点选择FDICA,提出算法虽然复杂度稍有增加,但通过阈值设定所得的最优分离性能有了较大的提升。

关键词：双耳助听器低复杂度频域独立成分分析频点选择协方差矩阵行列式互信息