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基于自然梯度的fast-ica算法研究

基于自然梯度的fast-ICA算法研究

作者：邵莲莲西安电子科技大学

学位级别：硕士

在未知传输通道特性及源信号分布先验知识的情形下,仅仅通过观测信号来实现信号识别或信号恢复的过程称为盲信号分离.盲信号分离技术在很多领域有着良好的应用,比如多用户通信、生物医学工程、阵列和通讯信号处理、图像处理等.本文研究... 详细信息

在未知传输通道特性及源信号分布先验知识的情形下,仅仅通过观测信号来实现信号识别或信号恢复的过程称为盲信号分离.盲信号分离技术在很多领域有着良好的应用,比如多用户通信、生物医学工程、阵列和通讯信号处理、图像处理等.本文研究盲信号分离算法,重点研究基于自然梯度的fast-ica算法.工作总结如下:1.对盲信号分离问题的基本理论和方法做了系统的论述.先给出盲信号分离模型,分析了盲分离模型的两个不确定性和实现盲分离的假设条件,接着引入目标函数理论,总结了盲分离问题中几个经典的目标函数和算法,根据算法的性能平价指标,对几个经典算法做了仿真验证.2.详细介绍了由极大化非高斯性得到的fast-ica算法.该算法是两步算法,第一步是对观测数据的预白化处理,白化过程消除了数据间的相关性,第二步只需求得一个正交矩阵即可实现盲信号分离.然而白化产生误差并且误差会累积到求正交矩阵的过程,进而影响算法的收敛速度和性能.引入分离矩阵的加权正交约束,给出了Hyvarinen经验地提出的无预白化fast-ica算法的推导过程.3.在一般非线性优化框架中,随机梯度算法是最流行的学习方法.然而,在许多情况下,参数空间不是欧氏空间而是黎曼度量空间,比如神经学中的感知空间,盲信号分离中的矩阵空间,盲反卷积中的线性动力系统空间等.在盲分离模型中,混合矩阵是未知的,这样的参数空间是矩阵空间.因此,盲分离模型的参数空间有黎曼度量结构.Amari已论证,自然梯度是黎曼空间中损失函数最速下降的方向.通过使用加权正交约束和自然梯度,得到新的基于自然梯度的fast-ica算法.仿真结果显示,该算法能够很好的分离和重构源信号,和已有的fast-ica算法收敛相比,收敛速度更快,稳定性能更好.

关键词：盲信号分离 fast-ica算法加权正交约束自然梯度

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基于盲源分离算法的局部放电信号处理研究

基于盲源分离算法的局部放电信号处理研究

作者：李娜北京交通大学

学位级别：硕士

局部放电是高压电气设备在足够强的电场作用下产生的局部区域的放电现象,设备的局部放电程度反映了绝缘结构的优劣,并且会对绝缘介质产生影响,造成绝缘老化,最终导致绝缘击穿,发生事故。在线监测过程中,通过对局放信号的研究,判断放电... 详细信息

局部放电是高压电气设备在足够强的电场作用下产生的局部区域的放电现象,设备的局部放电程度反映了绝缘结构的优劣,并且会对绝缘介质产生影响,造成绝缘老化,最终导致绝缘击穿,发生事故。在线监测过程中,通过对局放信号的研究,判断放电的发生位置、类型以及放电的强度,及时准确地反映绝缘状况及其发展趋势,能够尽量避免设备因绝缘劣化而发生的故障。然而在局部放电在线监测过程中,局部放电信号可能会被大量的干扰信号将淹没,直接影响了在线监测的灵敏度和可靠性。为了从这些干扰信号中准确完整地分离出局部放电信号,我提出了盲源分离算法。本文主要研究了盲源分离算法在局部放电信号提取中的应用。本文采用了盲源分离算法的基本模型,并且验证了该模型应用于局放信号提取中的可行性。本文分析了盲源算法的数学模型及原理,介绍了算法的三种基本原理(基于统计量准则、信息论准则、稀疏性准则),文中所有的算法都建立在这三种原理的基础上。重点介绍了fast-ica算法(基于信息论准则的算法)和AMUSE算法(基于统计量准则的算法),这两种算法有很强的代表性。第四章节给出了MATLAB仿真模型以及实测波形,结合性能指标(信噪比、均方误差和相似系数)通过仿真实验对比了上面两种算法的分离性能,最终选择fast-ica算法作为最优算法,并将其应用于实测信号的分离。由于局放在线监测过程中周期性窄带干扰信号和白噪声信号是最大的干扰源,本文主要针对性得做了分别从窄带干扰信号和白噪声信号中分离出局放信号的研究。结果显示,fast-ica算法能较好的分离出局放信号。第六章节提出了将单通道观测模型变成多通道观测模型的方法(EMD分解),并将其应用于含噪声的实测局放信号的分离中。

关键词：局部放电盲源分离 fast-ica算法 AMUSE算法小波去噪 MATLAB EMD算法

基于互信息最小化盲源分离准则的电压闪变检测方法

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电力系统保护与控制 2011年第1期39卷 57-61页

作者：国添栋王祁哈尔滨工业大学电气学院黑龙江哈尔滨150001

为了准确测量电网电压闪变的参数,提出了一种新的基于最小化互信息准则的盲源分离方法。将含有电压闪变的混合信号视为盲信号,对采样得到的混合信号序列分别延时若干点,构造输入信号矩阵,基于互信息最小化盲源分离准则,用fast-ica算法... 详细信息

为了准确测量电网电压闪变的参数,提出了一种新的基于最小化互信息准则的盲源分离方法。将含有电压闪变的混合信号视为盲信号,对采样得到的混合信号序列分别延时若干点,构造输入信号矩阵,基于互信息最小化盲源分离准则,用fast-ica算法从混合信号中分离出闪变的包络波形,再进行频率和幅值的计算,就可得到短时闪变值。设计了由信号发生电路、功率放大电路及采样电路等组成的实验电路,实验结果表明此方法对平稳和瞬时闪变信号的幅值、频率测量精度高,特别是在含非整次调制谐波时,优于传统的快速傅里叶变换算法,取得了较好的效果。

关键词：盲源分离电能质量电压闪变调幅波包络 fast-ica算法

利用BCH码纠错和fast-ica的长码直扩CDMA信号扩频码盲估计

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信号处理 2017年第11期33卷 1436-1442页

作者：尹辉赵知劲姜显扬杭州电子科技大学通信工程学院浙江杭州310018

针对非合作通信中LC-DS-CDMA信号的扩频码盲估计问题,首先根据扩频增益对同步接收信号进行分段,利用fast-ica算法估计m序列扩频码片段;然后将估计得到的m序列片段排列组合进行拼接,利用m序列自相关特性对组合序列粗筛选,再利用m序列三... 详细信息

针对非合作通信中LC-DS-CDMA信号的扩频码盲估计问题,首先根据扩频增益对同步接收信号进行分段,利用fast-ica算法估计m序列扩频码片段;然后将估计得到的m序列片段排列组合进行拼接,利用m序列自相关特性对组合序列粗筛选,再利用m序列三阶相关特性进行精筛选;最后利用BCH码和m序列的等价原理对筛选后的组合序列进行纠错,纠错成功的序列即为扩频码序列。仿真结果验证了本文算法的有效性。

关键词：长码扩频码分多址 fast-ica算法 BCH码纠错三阶相关函数

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数字通信信号的盲源分离技术研究

数字通信信号的盲源分离技术研究

作者：李婷西安电子科技大学

学位级别：硕士

在无线通信领域，尤其是在军事通信领域，传感器接收到的感兴趣的信号往往夹杂着无线信道的噪声和其他的干扰信号，如果已知源信号的特征和信道模型，我们可以很容易的对接收信号进行处理，滤噪，得到有用的信号。然而在很多情况下源信... 详细信息

在无线通信领域，尤其是在军事通信领域，传感器接收到的感兴趣的信号往往夹杂着无线信道的噪声和其他的干扰信号，如果已知源信号的特征和信道模型，我们可以很容易的对接收信号进行处理，滤噪，得到有用的信号。然而在很多情况下源信号的信息和信道模型是无法获得的，传统的信号处理技术则表现出明显的不足，信号的盲源分离技术在解决该不足体现出了极大的优势。本文从盲源分离的基础知识入手，比较详细的介绍了几种常见的盲源分离算法，包括正定和欠定两种情况，对算法进行了推导并仿真证明了其有效性。由于实际情况无法知道源信号的个数，因此很难准确的设置接收传感器的个数使之满足正定盲分离的条件。欠定盲分离能够解决该问题，然而现阶段的欠定盲源分离算法大多都是基于源信号的稀疏特性，而通信信号通常不具备稀疏性。因此考虑用单通道盲源分离来解决通信信号的盲分离问题。从而文章又讨论单通道盲源分离的算法研究，并提出了一种改进的基于过采样的单通道盲源分离算法，通过过采样将单通道盲源分离转化成多通道盲源分离，对过采样的信号进行采样点重组，利用增加的冗余来提高算法性能，然后利用多通道盲源分离算法对重组的信号进行分离，实现了2个BPSK信号的盲分离。为了实现MPSK(M>=4)的盲分离，本文又提出了另一种基于希尔伯特变换的单通盲源分离算法，首先对观测信号进行希尔伯特变换，然后利用上述算法，最后修改相应的判决规则，最终实现了2个MPSK信号的盲源分离。仿真证明上述两种算法能够得到很好的分离效果。

关键词：盲源分离单通道过采样信号重组希尔伯特变换 fast-ica算法自然梯度法

基于IQ失衡补偿技术的OFDM光纤通信系统研究

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通信技术 2017年第12期50卷 2654-2661页

作者：谷军闪周口科技职业学院信息与电子工程系河南周口466000

通信系统中由于收发端元器件的产品缺陷易造成IQ失衡,进而对OFDM信号产生极为严重的干扰。为降低IQ失衡对OFDM通信系统造成的影响,同时避免对通信元器件的生产工艺提出严苛的要求而导致成本上升,通过研究ica算法,得到了一种利用fast-IC... 详细信息

通信系统中由于收发端元器件的产品缺陷易造成IQ失衡,进而对OFDM信号产生极为严重的干扰。为降低IQ失衡对OFDM通信系统造成的影响,同时避免对通信元器件的生产工艺提出严苛的要求而导致成本上升,通过研究ica算法,得到了一种利用fast-ica算法进行IQ失衡补偿的方法。通过软件仿真模拟,验证了ica在IQ失衡补偿技术中的可行性,可为以后IQ失衡补偿技术的研究提供借鉴。

关键词： IQ失衡 OFDM光纤通讯技术 fast-ica算法仿真模拟