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基于子频带黎曼距离的海杂波背景下目标检测

现代雷达 2023年第1期45卷 10-17页

作者：赵彩霞王茹琪柏业超南京航空航天大学金城学院航空运输与工程学院江苏南京211156 南京电子技术研究所江苏南京210039 南京大学电子科学与工程学院江苏南京210023

海杂波背景下的目标检测对军事和民用均具有重要意义,是雷达信号处理领域的研究热点与难点。传统广义似然比检测器在具有较强空间非均匀特性的海杂波中检测性能明显下降。文中提出基于子频带黎曼距离的检测器。首先,利用一组线性相位离... 详细信息

海杂波背景下的目标检测对军事和民用均具有重要意义,是雷达信号处理领域的研究热点与难点。传统广义似然比检测器在具有较强空间非均匀特性的海杂波中检测性能明显下降。文中提出基于子频带黎曼距离的检测器。首先,利用一组线性相位离散傅里叶变换调制滤波器将回波分解到不同子频带;随后,在每个子频带中,利用参考单元数据在Hermitian正定矩阵流形上的几何均值或几何中值估计杂波协方差矩阵,将待检测单元协方差矩阵与杂波协方差矩阵之间的黎曼距离作为检测统计量。基于仿真杂波数据和实测海杂波数据验证了所提方法可以有效提高海杂波背景下的目标检测性能。

关键词：海杂波信息几何黎曼距离子频带分解

基于黎曼距离的编队飞行卫星姿态控制系统故障检测数据优选方法

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飞控与探测 2024年第1期7卷 47-57页

作者：缪秋语符方舟吴志刚中山大学航空航天学院深圳518107

为突破星上资源的严苛约束、提升编队飞行卫星故障检测能力,提出了一种适用于编队飞行卫星姿态控制系统的故障检测数据优选方法,通过利用黎曼距离衡量无故障情况和故障情况下系统测量信息之间的差距,构建了编队飞行卫星姿态控制系统故... 详细信息

为突破星上资源的严苛约束、提升编队飞行卫星故障检测能力,提出了一种适用于编队飞行卫星姿态控制系统的故障检测数据优选方法,通过利用黎曼距离衡量无故障情况和故障情况下系统测量信息之间的差距,构建了编队飞行卫星姿态控制系统故障检测能力的评价指标。在此基础上,提出了故障检测数据优选方法,为系统输出信息结构优化提供了理论依据。仿真表明,所提出的方法能够在星上资源受限的情况下有效提升编队飞行卫星姿态控制系统的故障检测能力。

关键词：故障检测能力编队飞行卫星数据优选故障检测黎曼距离

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基于黎曼与巴氏距离的脑磁图信号分类方法

计算机科学与探索 2017年第5期11卷 776-784页

作者：吴煜杨爱萍章宦记王建刘立天津大学电子信息工程学院天津300072

针对人脑对不同视觉目标刺激产生的脑磁图(magnetoencephalography,MEG)信号,提出了一种新型的脑磁图信号分类算法。该算法首先将滤波后的脑磁图信号投影到新的特征空间,然后将脑磁图信号投影后新特征的协方差特征投影到切线空间中,用... 详细信息

针对人脑对不同视觉目标刺激产生的脑磁图(magnetoencephalography,MEG)信号,提出了一种新型的脑磁图信号分类算法。该算法首先将滤波后的脑磁图信号投影到新的特征空间,然后将脑磁图信号投影后新特征的协方差特征投影到切线空间中,用协方差特征作为信号的特征,进而对样本进行预分类;接着将预分类的样本通过巴氏距离的调整,得到二次标记结果;最后采用黎曼距离对协方差特征矩阵在流形上进行调整,得到最终的分类结果。实验结果表明,该有监督与无监督相结合的算法有助于提高脑磁图信号分类的准确率。

关键词：脑磁图(MEG) 分类算法协方差矩阵黎曼距离巴氏距离

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一种杂波分类辅助的近海岸模糊杂波抑制方法

西安电子科技大学学报 2021年第2期48卷 64-71,91页

作者：段崇棣韩超垒杨志伟张庆君北京理工大学信息与电子学院北京100081 西安空间无线电技术研究所陕西西安710100 空间微波技术重点实验室陕西西安710000 西安电子科技大学雷达信号处理国家重点实验室陕西西安710071 中国空间技术研究院北京100094

针对近岸水面区域出现的强模糊地杂波造成多通道合成孔径雷达系统杂波抑制性能下降的问题,提出一种杂波分类辅助的近海岸模糊杂波抑制方法。首先,分别提取每一个距离-多普勒单元的多视干涉幅度/相位特征和多视干涉幅度梯度特征,构造多... 详细信息

针对近岸水面区域出现的强模糊地杂波造成多通道合成孔径雷达系统杂波抑制性能下降的问题,提出一种杂波分类辅助的近海岸模糊杂波抑制方法。首先,分别提取每一个距离-多普勒单元的多视干涉幅度/相位特征和多视干涉幅度梯度特征,构造多视干涉特征协方差矩阵;然后,通过多视干涉特征协方差矩阵间的仿射不变黎曼距离完成自动分类,准确地获取近海岸区域方位模糊位置;最后,在杂波分类结果的辅助下,选择独立同分布的杂波样本估计背景杂波协方差矩阵,进一步完成合成孔径雷达多通道图像域杂波抑制。仿真实验结果表明,这种方法能够对近海岸区域杂波进行准确分类,且可以有效地抑制方位模糊杂波。

关键词：合成孔径雷达杂波抑制杂波分类黎曼距离近海岸区域方位模糊

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信息几何在脉冲多普勒雷达目标检测中的应用

国防科技大学学报 2011年第2期33卷 77-80页

作者：刘俊凯王雪松王涛屈龙海国防科技大学电子科学与工程学院湖南长沙410073

信息几何是以微分几何为基础发展起来的一个新兴学科方向,研究流形和度量空间上的统计问题,它提供了解决雷达信号处理和数据处理问题的一种新思路。雷达回波通常表示为复多元高斯分布,基于复多元高斯分布流形上的黎曼几何结构,提出了一... 详细信息

信息几何是以微分几何为基础发展起来的一个新兴学科方向,研究流形和度量空间上的统计问题,它提供了解决雷达信号处理和数据处理问题的一种新思路。雷达回波通常表示为复多元高斯分布,基于复多元高斯分布流形上的黎曼几何结构,提出了一种CFAR检测器结构,并分析了高斯杂波环境下的虚警概率和检测概率。仿真实验表明,在短脉冲序列条件下,信息几何方法的检测性能优于常规相参积累方法。研究成果有助于改善机械扫描雷达体制在低的脉冲重复频率工作模式时的检测性能。

关键词：信息几何统计流形复多元高斯分布黎曼均值黎曼距离检测

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基于黎曼流形的心律失常可视化与分类

基于黎曼流形的心律失常可视化与分类

作者：高冕燕山大学

学位级别：硕士

心脏是人体循环系统中最为重要的生理器官,传统的心电数据分析多数应用线性分析方法,但实际上心电序列是一种典型的非线性时间序列。随着计算机功能的增强,人们提出了更为精确复杂的心律失常分类方法,但由于采用的特征提取方法对特征参... 详细信息

心脏是人体循环系统中最为重要的生理器官,传统的心电数据分析多数应用线性分析方法,但实际上心电序列是一种典型的非线性时间序列。随着计算机功能的增强,人们提出了更为精确复杂的心律失常分类方法,但由于采用的特征提取方法对特征参数的依赖度较高,当识别心电类别较多时会出现严重的误判。本文将黎曼流形架构应用于心律失常可视化与分类中,提出了基于黎曼流形的心律失常可视化与分类算法。算法借助滑动窗口分割将心电序列划分为若干个子序列,将每个子序列求取的协方差矩阵作为心电信号的特征描述子,通过奇异值分解将心电序列可视化为椭球,利用椭球的各向异性指标描述心电序列并实现其可视化,直观展现出正常心电与四种常见心律失常心电序列的区别。同时利用对称正定矩阵流形的拓扑结构,提出最小黎曼距离的特征表征和度量方法,用黎曼距离作为相似性度量计算各协方差矩阵之间的距离,借助距离最小判别原理,实现心电序列的各种心律失常分类。协方差矩阵包含了嵌入在心电信号中的空间信息,求取过程简单,不需要很多波形特征参数配置,同时协方差矩阵具备的对称半正定性满足特殊的黎曼流形,利用黎曼距离作为心电相似性度量得到的心律失常分类结果较其他方法更为直观有效。针对本文提出的方法,以MIT-BIH标准心律失常数据作为实验对象,对正常窦性心律(Normal)和四类心律失常:左束支传导阻滞(Lbbb),右束支传导阻滞(Rbbb),房性早搏(Apc)、室性早搏(Pvc)展开分类研究,应用最小黎曼距离分类器,平均分类精度达到了98.25%。通过与几种常见的相似性度量进行对比,表明本文提出的方法能够得到更准确的分类精度,有较高的优越性。

关键词：心电序列心律失常协方差矩阵黎曼流形黎曼距离

面向增材制造的增强型正交各向异性多孔结构设计

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面向增材制造的增强型正交各向异性多孔结构设计

作者：蔡和伦华侨大学

学位级别：硕士

在增材制造技术飞速发展的背景下,日益增加的轻量化设计要求使得多孔结构的应用越发广泛,同时,新兴的产品定制化服务催动了功能梯度多孔结构的研究,通过孔隙率、孔隙方向调控材料的弹性梯度与方向,并结合增材制造技术实现各向异性的弹... 详细信息

在增材制造技术飞速发展的背景下,日益增加的轻量化设计要求使得多孔结构的应用越发广泛,同时,新兴的产品定制化服务催动了功能梯度多孔结构的研究,通过孔隙率、孔隙方向调控材料的弹性梯度与方向,并结合增材制造技术实现各向异性的弹性梯度多孔结构,受到各行业领域的青睐。本文针对各向异性多孔结构设计复杂、力学性能可控性低等问题,以一种新型的多孔结构——k-邻近正交各向异性多孔结构为基础,对结构进行了优化设计与建模研究,提出一种增强型正交各向异性多孔结构设计方法。将建模过程与拓扑优化方法结合,实现正交各向异性梯度多孔结构建模,提高了结构性能,拓展了本文方法的应用范围和多孔结构的多样性,对多孔结构设计思想的变革具有重要意义。本文所做的主要工作如下:1、提出一种增强型正交各向异性弹性梯度多孔结构建模方法。通过梯度密度场生成随机站点,结合全局方向场,生成2.5D/3D正交各向异性多孔结构。在此基础上,针对结构存在的缺陷,对结构进行优化,解决了原结构自相交和孔隙不均的问题。同时针对连接部分出现的尖角等现象,在交点处加入圆柱或球体并进行布尔运算,实现对连接处的平滑处理。2、分析增强型正交各向异性多孔结构的弹性性能。通过数值均质化方法和压缩实验对优化前后多孔结构的弹性模量、失效状态和随机性等方面进行分析和讨论。分析结果表明优化后的多孔结构具有更优良的弹性性能和更大的弹性设计空间。3、结合拓扑优化设计正交各向异性多孔结构。将多孔结构设计方法与拓扑优化结果紧密结合,通过拓扑优化的单元相对密度驱动随机站点的生成,并以拓扑优化的应力方向为方向场,建立正交各向异性多孔结构模型。最后通过有限元分析寻找较优的单元相对密度与随机站点密度之间的关系,同时以三点弯曲实验验证有限元分析结果的正确性。为检验建模方法的有效性,通过数值均质化方法与压缩实验的结合,证明了本文结构弹性梯度和方向的可控性。通过增材制造打印,将结合拓扑优化的正交各向异性多孔结构与拓扑结构进行有限元分析与三点弯曲实验对比,结果表明,本文方法不仅解决了拓扑优化中间密度单元无法制造的问题,而且与迭代后的拓扑结构相比刚度得到较大提升。

关键词：梯度多孔结构黎曼距离正交各向异性数值均质化拓扑优化

基于模糊函数和时频积的最佳MIMO雷达信号设计

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基于模糊函数和时频积的最佳MIMO雷达信号设计

作者：刘雨晴郑州大学

学位级别：硕士

引入多输入多输出(MIMO)雷达后,由于雷达发射信号是决定雷达系统性能的一个重要因素,所以人们在发射信号的设计和波形的合成上投入了大量精力。发射信号主要取决于正交基和权值,现有方法通常采用较常用的函数作为正交基函数,例如:余弦... 详细信息

引入多输入多输出(MIMO)雷达后,由于雷达发射信号是决定雷达系统性能的一个重要因素,所以人们在发射信号的设计和波形的合成上投入了大量精力。发射信号主要取决于正交基和权值,现有方法通常采用较常用的函数作为正交基函数,例如:余弦函数和正弦函数等。然而这些函数的能量在时域和频域上不够集中,所以用其合成的信号性能较差。在优化信号时,要求信号协方差矩阵尽可能接近于理想矩阵,以保证设计波形具有良好的自相关、互相关特性。但是现有的方法往往采用欧氏距离算法来计算协方差矩阵之间的距离,准确度非常低。同时,在优化过程中,有关设计变量的目标函数是非凸的,得到的解不一定是最优解。针对以上问题,本论文的主要内容如下:1、有关多输入多输出(MIMO)雷达的信号设计问题,由于雷达信号主要取决于正交函数集和系数矩阵,且本文希望设计信号的能量在其基本持续时间和基本带宽内都高度集中,即时频积最大,因为小带宽可以减轻分散信道上传输引起的信号失真,短脉冲可以改善分辨率,而WLJ函数是时频积最大的函数,所以本文使用WLJ函数集作为合成信号的正交基。仿真结果表明,相比于余弦函数集作为正交基合成的信号,WLJ函数集合成的信号性能更佳。2、在选择了合适的正交基函数后,需要优化系数矩阵以优化雷达信号。在优化过程中,本文的目标是设计出具有理想协方差(Co V)矩阵的信号矢量,同时确保其模糊函数的旁瓣很小。由于Co V矩阵不是自由结构,而是半正定和对称的,所以它们在信号空间中形成了一个流形。因此,本文认为这些矩阵之间的差异不应该用传统的欧式距离(ED)来测量,而是应沿着流形表面测量这些矩阵之间的距离,即用黎曼距离(RD)进行测量。3、在优化雷达信号的过程中,无论是用ED还是用RD来测量目标函数,有关设计变量的信号优化问题都是非凸的,它们分别涉及变量的四次方和平方根。因此本文开发了一种基于凸二次优化的迭代算法,该算法在迭代过程的每个阶段中都可以用凸二次约束问题对原始的非凸问题进行逼近,然后通过迭代过程可近似到最优解。仿真结果表明,在流形(用RD计算时对应的信号空间)上进行优化时,目标函数的收敛速度比在欧氏距离空间(用ED计算时对应的信号空间)上进行优化时的收敛速度要快得多。更重要的是,在更严格的约束条件下,当在欧氏距离空间上优化信号时,信号的模糊函数不能满足约束条件;当在流形上优化信号时,信号的模糊函数仍能很好地满足约束条件。4、为了验证不同设计信号的性能差异,本文在最后用设计出的不同的发射信号来估计目标参数并进行误差分析,结果表明,不管在估计目标速度还是目标位置方面,用WLJ函数集作为正交基且在流形上优化信号时得到的发射信号去估计目标参数,其误差最小,相应地系统性能最佳。

关键词： MIMO雷达信号设计黎曼距离模糊函数凸优化余弦函数 WLJ函数

基于黎曼空间的脑电信号分析及其在康复脑机接口中的应用

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基于黎曼空间的脑电信号分析及其在康复脑机接口中的应用

作者：高志栋山东建筑大学

学位级别：硕士

随着科技的进步和时代的不断发展,脑机接口技术的研究与应用受到越来越多人的关注,成为一种全球前沿技术发展趋势。脑机接口是指不依赖常规的脊髓/外周神经肌肉系统,在脑与外部环境之间建立一种新型的信息交流与控制通道,实现脑与外部... 详细信息

随着科技的进步和时代的不断发展,脑机接口技术的研究与应用受到越来越多人的关注,成为一种全球前沿技术发展趋势。脑机接口是指不依赖常规的脊髓/外周神经肌肉系统,在脑与外部环境之间建立一种新型的信息交流与控制通道,实现脑与外部设备之间的直接交互。换句话说脑机接口技术可让外部设备读懂大脑神经信号,并将思维活动转换为指令信号,来实现人脑思维对外界设备的操控,在脑科学、康复医学以及军事等领域有重要的应用前景。基于运动想象的脑机接口技术是一种自发性脑机接口系统,它无需外界刺激(例如频闪等),只通过大脑想象运动即可产生脑电信号,这也更加贴近了脑机接口研究的初衷,即意念控制。但由于运动想象脑电信号很微弱,信噪比较低,从而能提取出的有效特征很少,导致基于运动想象脑机接口的应用受到了很大的限制。脑电信号分析是整个脑机接口系统的核心,特征提取和分类算法的优劣直接影响到了最终的识别准确率。目前传统的脑电信号分析方法一般存在于欧式空间,然而仅体现脑电信号时、频信息的传统欧式空间的特征描述和分类方法已无法满足精确刻画大脑活动的要求。近几年出现的黎曼空间分析方法受到众多研究者的关注,黎曼空间方法可以在其几何结构基础上对信号组成的空间及其子空间进行直接操作,与传统的欧式空间处理方法相比,具有更为优越的信息提取与分析性能。针对目前存在的问题,本文提出了一种基于黎曼空间的运动想象脑电信号分析算法,主要对特征提取和分类方法做重点详细的研究,并且通过离线实验和在线实验对所提方法进行了实验验证,具体研究内容包括以下几部分:(1)阐述了脑电信号处理的国内外研究现状,重点讨论了在黎曼空间中进行运动想象脑电信号分类的优势和发展中面临的挑战。(2)设计了脑电信号黎曼空间分析方法的整体系统架构,并针对脑电信号黎曼空间分析中的关键问题,在深入分析脑电信号特性及黎曼空间特性的基础上提出了自己的解决方案,包括使用功率谱密度矩阵作为脑电信号从欧式空间到黎曼空间的转换符,借助纤维束理论直接求解黎曼空间自由点之间的距离,定义两功率谱密度矩阵之间的黎曼距离为两脑电信号的非相似性度量和采用k最近邻算法对多通道脑电信号进行分类。(3)使用竞赛数据集和自采数据集对本文提出的分析算法进行了实验验证。实验结果表明,在相同数据集情况下,本文所提算法的准确率优于经典黎曼空间和传统欧式空间中的一些算法,最高识别准确率可以达到86.67%,且在保证准确率的基础上,本文所提算法的效率更高、计算时间更短。最后本文算法在上下肢康复机器人上进行了实验验证,完成了在康复脑机接口中的实际应用,实验结果证实了算法的有效性和实用性。

关键词：脑机接口运动想象功率谱密度矩阵黎曼距离分类算法