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基于总体最小二乘-旋转不变算法的地表核磁共振信号参数估计

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电子与信息学报 2024年第2期46卷 720-727页

作者：于晓辉冯海田宝凤孙海欣孙晓东吉林大学通信工程学院长春130022 吉林大学仪器科学与电气工程学院/地球信息探测仪器教育部重点实验室长春130026 长春大学电子信息学院长春130022

在地表核磁共振(SNMR)找水系统中,根据SNMR信号的参数能够预估地下含水层的储水量、导电性以及孔隙结构等信息。然而在实际应用中探测现场采集的SNMR信号十分微弱,易受到环境噪声干扰,导致无法直接获取SNMR信号的参数。针对这一问题,该... 详细信息

在地表核磁共振(SNMR)找水系统中,根据SNMR信号的参数能够预估地下含水层的储水量、导电性以及孔隙结构等信息。然而在实际应用中探测现场采集的SNMR信号十分微弱,易受到环境噪声干扰,导致无法直接获取SNMR信号的参数。针对这一问题,该文提出基于总体最小二乘-旋转不变法(TLS-ESPRIT)的地表核磁共振信号参数估计方法。基于谐波噪声与SNMR信号的相似信号特征构成一个由多个正弦衰减信号叠加的混合信号模型,使用TLS-ESPRIT将混合信号参数提取问题转换为旋转不变矩阵的广义特征值求解,从而获得SNMR信号的拉莫尔频率和弛豫时间,并结合最小二乘法求得其初始振幅和相位。仿真信号和实测信号实验结果表明此方法能够估计出混有随机噪声和工频谐波噪声的SNMR信号的参数,相比传统的谐波建模方法,在参数提取精度上效果更好。

关键词：地表核磁共振总体最小二乘-旋转不变法谐波噪声

基于高阶累积量ESPRIT算法的指数衰减正弦信号参数估计

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电子测量与仪器学报 2024年第1期38卷 187-194页

作者：单泽彪徐恩达张旭刘小松长春理工大学电子信息工程学院长春130022 长春气象仪器研究所长春130102

工程应用中环境噪声多表现为高斯有色噪声,而针对高斯白噪声进行处理的算法失效问题,提出了一种高斯色噪声环境中用于多分量衰减正弦信号频率和衰减因子估计的四阶累积量ESPRIT算法。首先,推导出四阶累积量与观测样本中的自相关矩阵和... 详细信息

工程应用中环境噪声多表现为高斯有色噪声,而针对高斯白噪声进行处理的算法失效问题,提出了一种高斯色噪声环境中用于多分量衰减正弦信号频率和衰减因子估计的四阶累积量ESPRIT算法。首先,推导出四阶累积量与观测样本中的自相关矩阵和互相关矩阵之间的关系,求出其四阶累积量矩阵。其次,通过对四阶累积量进行广义特征值分解,根据广义特征值即可得到信号衰减因子和频率的估计值。最后对所提算法进行了仿真实验验证,在混合信噪比为0 dB时,所提算法针对多分量衰减正弦信号角频率和衰减因子的平均估计误差分别为0.002 0πrad和0.002 0。在高斯白噪声和高斯色噪声背景下与ESPRIT算法和Prony算法相比具有更强的噪声抑制能力和更高的估计精度。

关键词：衰减正弦信号高阶累积量 ESPRIT算法衰减因子估计频率估计

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基于二次分数低阶协方差的时延估计方法

电子测量与仪器学报 2024年第2期38卷 112-119页

作者：刘小松徐再祥单泽彪徐恩达吕悦长春理工大学电子信息工程学院长春130022 长春气象仪器研究所长春130102

针对强脉冲噪声背景下基于分数低阶统计量时延估计方法性能退化且需要噪声先验知识的问题,提出了一种基于二次分数低阶协方差的时延估计新方法。所提方法首先利用有界非线性Sigmoid函数对含有脉冲噪声的信号进行预处理,使其在不影响有... 详细信息

针对强脉冲噪声背景下基于分数低阶统计量时延估计方法性能退化且需要噪声先验知识的问题,提出了一种基于二次分数低阶协方差的时延估计新方法。所提方法首先利用有界非线性Sigmoid函数对含有脉冲噪声的信号进行预处理,使其在不影响有用信号时延信息的基础上对附加脉冲噪声进行充分压缩;然后对处理后的收发信号进行二次分数低阶协方差运算,即求得发射信号的自分数低阶协方差和收发信号的互分数低阶协方差之后,再次计算二者的互分数低阶协方差,以期更大程度上抑制脉冲噪声的影响。通过模拟仿真实验对所提方法进行了有效性验证,结果表明所提方法突破了分数低阶矩阶次需小于Alpha稳定分布噪声特征指数的限制,并且比分数低阶协方差方法具有更高的估计精度。仿真实验结果表明在广义信噪比-10 dB情况下,时延估计用时为0.0560 s,准确率达到97.76%。

关键词：时延估计脉冲噪声二次分数低阶协方差有界非线性函数

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基于最优四基阵的被动式声源定位估计

电子测量与仪器学报 2024年第5期38卷 56-63页

作者：单泽彪郭靖豪刘小松孙煜旗白昱长春理工大学电子信息工程学院长春130022 长春气象仪器研究所长春130102

针对现有被动式声源定位算法测量精度低、适用范围小等问题,提出了一种基于最优四基阵的被动式声源定位估计方法。该方法通过构建最优四基阵阵列结构以实现多阵元点共用,旨在使用较少的阵元总量实现对目标声源的融合定位估计,从而提高... 详细信息

针对现有被动式声源定位算法测量精度低、适用范围小等问题,提出了一种基于最优四基阵的被动式声源定位估计方法。该方法通过构建最优四基阵阵列结构以实现多阵元点共用,旨在使用较少的阵元总量实现对目标声源的融合定位估计,从而提高定位精度。并就该阵列模型确定空间目标定位方程组,将求解位置坐标问题转换为求解阵元点之间时延差值问题。进而采用二次分数低阶协方差算法求解脉冲噪声环境下的相应阵元间时延差值,即求得阵元信号的自分数低阶协方差和两阵元间信号的互分数低阶协方差之后,再次计算二者的互分数低阶协方差,以期更大程度上抑制脉冲噪声的影响,提高时延差值估计精度;最终将求得的时延估计信息带回定位方程组已实现对空间声源的定位估计。通过数值仿真和实测实验验证了所提方法的可行性及阵列结构的优越性。在实测实验中对声源定位估计误差仅为0.085 1 m,表明所提方法能较高精度的实现脉冲噪声环境下的声源定位,拓展了被动式声源定位算法的应用场景,具有一定的实际应用价值。

关键词：被动式声源定位脉冲噪声最优四基阵到达时差估计

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基于分数低阶协方差的阵列式超声波测风方法

仪器仪表学报 2024年第6期45卷 75-82页

作者：单泽彪谢世娟刘小松刘云清王启万长春理工大学电子信息工程学院长春130022 长春气象仪器研究所长春130102

考虑到当前基于时差法的超声波测风方法是间歇式测量,并且在脉冲噪声背景下测风精度较差,提出一种基于分数低阶协方差的阵列式超声波连续测风方法。该方法采用由一个发射超声波换能器和4个接收换能器组成的超声波测风阵列结构,依托该阵... 详细信息

考虑到当前基于时差法的超声波测风方法是间歇式测量,并且在脉冲噪声背景下测风精度较差,提出一种基于分数低阶协方差的阵列式超声波连续测风方法。该方法采用由一个发射超声波换能器和4个接收换能器组成的超声波测风阵列结构,依托该阵列结构通过对其连续采样并进行分数低阶协方差运算处理以抑制脉冲冲击噪声的影响,然后结合多重信号分类算法即可实现风速风向的高精度连续测量。通过仿真对比实验和实际测量实验验证了所提方法的有效性及优越性,与其他超声波测风方法相比具有更强的噪声抑制能力及测风精度,在实测实验中风速和风向的测量误差分别为1.2%和2°,基本达到了超声波风速风向测量的精度要求。

关键词：阵列式测风脉冲噪声 Alpha稳定分布连续测风分数低阶协方差

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基于轮式里程计的无人车分层控制策略

控制理论与应用 2024年

作者：单泽彪魏昌斌刘小松王宇航长春理工大学电子信息工程学院吉林大学通信工程学院长春气象仪器研究所

针对电动两驱差速型无人车,由于路面摩擦、车辆重心不稳等因素存在,左右两侧驱动轮受到的行驶阻力不同,导致车辆的行驶方向总是出现有规律的向左或者向右偏离无人车纵轴线的现象.传统的无人车行驶方案是靠图像、基站定位等方式根据外界... 详细信息

针对电动两驱差速型无人车,由于路面摩擦、车辆重心不稳等因素存在,左右两侧驱动轮受到的行驶阻力不同,导致车辆的行驶方向总是出现有规律的向左或者向右偏离无人车纵轴线的现象.传统的无人车行驶方案是靠图像、基站定位等方式根据外界的参考环境获得偏移误差然后对车身进行调整,此类方法应对复杂环境的能力有限.本文提出了一种基于自抗扰控制的仅依靠轮式里程计的无人车分层控制策略.首先,根据差速型无人车的里程计信息推算出偏移的距离,上层控制器根据偏移误差设计期望航向角函数,调整车辆的航向角达到控制行驶的目的.下层控制器基于动力学模型设计扩张状态观测器估计车辆运动产生的扰动并对两侧电机进行补偿.最后通过数值仿真和实车测试实验验证了所提分层控制策略的有效性.

关键词：无人车控制轮式里程计期望航向角自抗扰控制分层控制策略

基于双重注意力机制生成对抗网络的偏振图像融合

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电子测量与仪器学报 2024年第4期38卷 140-150页

作者：陈广秋尹文卿温奇璋张晨洁段锦长春理工大学电子信息工程学院长春130022

针对单一强度图像缺少偏振信息,在恶劣天气条件下无法提供充足场景信息的问题,本文提出了一种基于双重注意力机制生成对抗网络用于强度图像和偏振度图像进行融合。算法网络由一个包含编码器、融合模块和解码器的生成器和一个鉴别器组成... 详细信息

针对单一强度图像缺少偏振信息,在恶劣天气条件下无法提供充足场景信息的问题,本文提出了一种基于双重注意力机制生成对抗网络用于强度图像和偏振度图像进行融合。算法网络由一个包含编码器、融合模块和解码器的生成器和一个鉴别器组成。首先源图像输入到生成器的编码器中,经过一个卷积层和密集块进行特征提取,然后通过含有注意力机制的纹理增强融合模块中进行特征融合,最后通过解码器得到融合图像。鉴别器主要由两个卷积模块和两个注意力模块组成,在网络训练过程中,通过不断博弈,迭代优化生成器网络参数,使生成器输出既保留偏振度图像的稀疏特征又不损失强度图像信息的高质量融合图像。实验表明,该方法得到的融合图像在主观上纹理信息更丰富,更符合人眼的视觉感受,并且在客观评价指标中SD提升约18.5%,VIF提升约22.4%。

关键词：图像融合偏振图像生成对抗网络注意力机制

基于双向目标偏置APF-informed-RRT^(*)算法的机械臂路径规划

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电子测量与仪器学报 2024年第6期38卷 75-83页

作者：刘小松康磊单泽彪朱焕海刘云清长春理工大学电子信息工程学院长春130022

针对当前机械臂路径规划算法存在搜索随机性大、目标偏置性差和路径曲折等问题,提出了一种基于双向目标偏置的APF-informed-RRT^(∗)算法。首先在双向informed-RRT^(∗)基础上引入概率自适应的目标偏置策略,降低搜索的随机性,提高采样效率... 详细信息

针对当前机械臂路径规划算法存在搜索随机性大、目标偏置性差和路径曲折等问题,提出了一种基于双向目标偏置的APF-informed-RRT^(∗)算法。首先在双向informed-RRT^(∗)基础上引入概率自适应的目标偏置策略,降低搜索的随机性,提高采样效率;其次针对路径扩展在双向搜索树中融入人工势场法,减少算法的迭代次数;同时在路径生长阶段,采用动态步长生长策略,即根据搜索树的扩展趋势动态调整步长,避免出现局部最优,并且加快路径搜索时间;最后针对冗余节点采用三角不等式原理进行去除,进而通过B样条曲线对路径进行平滑处理,得到最优规划路径。通过与双向RRT^(∗)、双向informed-RRT^(∗)和双向P-RRT^(∗)等算法在三维环境下进行了仿真对比实验验证,相较于双向RRT^(∗)在时间上节约了41%,在采样点数量上减少了63%;相较于双向informed-RRT∗在时间上节约了58%,在采样数量上减少了68%;相较于双向P-RRT^(∗)在时间上节约了30%,在采样数量上减少了60%。

关键词：路径规划机械臂双向目标偏置人工势场动态步长

基于差分结构的地面核磁共振数据噪声压制技术

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吉林大学学报（地球科学版） 2024年第1期54卷 46-53页

作者：张洋王美婷尚新磊地球信息探测仪器教育部重点实验室(吉林大学) 长春130026 吉林大学仪器科学与电气工程学院长春130026

地面核磁共振(surface nuclear magnetic resonance,SNMR)技术是一种可直接定性定量探测地下水的非侵害式地球物理方法,已广泛应用于资源勘探、地质灾害预警和环境检测等方面。但在实际应用中,复杂的环境噪声导致微弱的SNMR信号常常被淹... 详细信息

地面核磁共振(surface nuclear magnetic resonance,SNMR)技术是一种可直接定性定量探测地下水的非侵害式地球物理方法,已广泛应用于资源勘探、地质灾害预警和环境检测等方面。但在实际应用中,复杂的环境噪声导致微弱的SNMR信号常常被淹没,很难获取有效的SNMR信号。针对这一问题,本文提出了一种基于差分结构的SNMR数据噪声压制技术,采用两个接收线圈等距设置在发射线圈上下位置。这种分布可以实时抵消大部分环境噪声以及消除收发线圈耦合影响。理论建模和仿真结果验证了新方法能够有效压制噪声,并可靠获取到早期自由感应衰减(free induction decay,FID)信号。

关键词：地面核磁共振噪声压制 FID信号消除收发耦合