多通道同步信号采集与盲源分离研究

扩展了麦克风语音采集电路和较大容量的存储器,基于凌阳16位单片机(SPCE061A)实现了多通道语音信号的实时同步采集。对采集的信号应用FastICA独立分量分析算法进行盲源分离,基于DTW算法对分离的语音进行识别,发现强噪声情况下识别结果良好,对语音识别与应用具有积极意义。     

瞬时混合盲源分离和最优波束形成的关系研究

最优波束形成和盲源分离是近几十年迅速发展起来的两种重要阵列信号处理方法,在瞬时混合情况下它们具有相似的信号模型,所以本文研究了二者之间的关系。指出,当不存在噪声时,多数盲源分离算法构造的是最优波束形成;当存在噪声时,可以利用盲源分离算法估计的信号导向向量设计最优波束形成。计算机仿真实验验证了这一结论。     

含噪混合数据中相关源信号的盲分离

本文在假设时间白噪声的基础上,通过对阵列施加一个较弱的旋转不变约束提出了一种针对相关源信号盲分离的方法。与现有方法相比,该方法不需要额外的源信号约束条件和噪声自相关矩阵的知识,因此具有较广的使用范围和较强的稳健性。另外,该方法较低的计算复杂度易于其工程实现。计算机仿真结果表明,本文提出的方法对于相关源信号的盲分离具有较好的效果。     

结合盲源分离的非直单线阵多目标左右舷分辨

针对单线阵左右舷模糊问题,提出了结合盲源分离的非直单线阵多目标左右舷分辨算法。该算法首先通过离散傅里叶变换将阵列接收信号离散化为若干个窄带频谱分量,之后对每个频点的窄带数据讲行盲源分离,得到每个频点上各个来波信号的导向向量;然后通过常规波束形成对各个导向向量进行方位谱估计,并根据左右舷抑制比进行单目标左右舷分辨,确定各个频点上的来波方向;最后对所有频点上的来波方向进行聚类,得到各个真实目标的方位,从而实现多目标左右舷分辨。仿真实验中,相比常规波束形成方法(CBF)和最小方差无畸变响应算法(MVDR),该算法更准确地估计出了目标数目,且保持了较快的计算速度;海试数据处理中,该算法排除了目标镜像的干扰,准确估计出了船只目标的轨迹。仿真及海试数据处理均表明,该算法可以分辨真实目标与目标镜像,具有比CBF和MVDR算法更好的左右舷分辨能力。     

低复杂度的盲源分离和去混响联合优化方法

提出了一种低复杂度的基于加权预测误差(WPE)的独立低秩矩阵分析(ILRMA)方法。与现有的WPE-ILRMA方法把预测矩阵当成一个整体来处理不同, 所提方法将预测矩阵展开来推导代价函数, 利用不同声源的混合滤波器和分离滤波器之间的正交性简化代价函数的优化过程, 进而以更低的计算复杂度对混合信号去混响。通过利用解耦预测矩阵和分离滤波器之间的关系, 所提方法将维数较大的矩阵求逆转化为维数较小的矩阵求逆, 从而取得了比WPE-ILMRA方法更低的计算复杂度。在最大似然框架下推导了所提方法的代价函数, 并采用坐标梯度下降算法来估计参数。实验结果表明, 所提方法能以更低的计算复杂度和更高的稳定性取得与WPE-ILRMA方法相似的分离性能。     

车载场景结合盲源分离与多说话人状态判决的语音抽取

基于卷积传递函数的多通道非负矩阵分解(CTF-MNMF)在长混响环境的盲源分离中取得了较好的性能, 但该算法的分离性能依然受到声源模型的限制。因此提出了基于广义高斯分布(GGD)的CTF-MNMF算法, 通过将域参数引入NMF中并利用广义非负矩阵分解(GNMF)建模GGD的非负尺度因子, 提高了声源模型捕捉信号离群值的鲁棒性, 进而提高了声源估计的准确性。采用基于辅助函数的优化策略给出分离矩阵和非负矩阵参数的更新公式。仿真结果表明所提算法在语音和音乐两种信号的分离实验中均取得了比GGD-ILRMA、WPE-ILRMA和CTF-MNMF更好的分离性能。

     

基于基效应分解的多谱投影序列盲分离算法研究

在常规CT成像系统中,发出的X射线是连续能谱的,导致重建图像出现硬化伪影,影响了材料组分区分,无法进行定量表征。解决这一问题的关键在于实现多能谱CT成像,利用多个窄能谱段或单能量CT图像,提高组分与图像灰度的对应性。相对于传统CT,能谱CT具有更强的组分区分能力,有利于实现物体组分的定量分析。现有的基于光子计数探测器多谱CT在成像时间分辨率和空间分辨率存在局限,基于能谱滤波的多谱CT能谱区分度受限。而基于变电压多谱投影序列盲分离的多谱CT,通过分解连续能谱投影,获取窄能谱投影,进而实现能谱CT成像,确保物质组分与重建图像灰度值的对应性,实用性较强。但是由于X射线能谱和物体组分的未知,在盲分离过程中,衰减系数未知,并且能谱划分是不确定的,导致窄能谱CT重建图像的能量指向性不强,对应能量值与参考能量偏差偏大,影响组分定量分析。因此,针对盲分离中能谱划分不确定性和重建图像能量指向性问题的开展研究。利用衰减系数的光电效应和康普顿效应分解,构建能量约束,消除能量的不确定性,降低分解所得投影重建图像的能量与参考能量值的偏差。在基于以残差的局部方差和最小为优化目标的分解模型中,将分解模型中的衰减系数按光电效应和康普顿效应分解为能量项和材料项,利用能量项的可预知性,依据预先划分的窄能谱段设置其值,固定各分解投影对应的窄能谱段,作为对能量的约束条件。求解所得各分解投影为能量已知投影,对其重建可得到能量确定的各窄能谱段的图像。选择衰减系数相近的硅铝材质构成外硅内铝圆柱体进行实验验证,在有能量约束的求解结果中,硅铝衰减系数与参考值偏差小于无能量约束,所得重建图像中硅铝变化率与理论值趋势较一致,能量指向性强,与参考能量偏差降低。结果表明,所提方法解决了基于变电压序列盲分离多谱CT成像的能量指向问题,能谱分辨率更高,组分表征更准确。     

水下目标多平台协同定位和跟踪方法

提出了一种融合多平台方位观测数据的水下声学目标定位跟踪方法。该方法采用多级多假设跟踪对目标状态进行滤波和关联,第一级基于每个平台波束域检测结果独立使用多假设跟踪方法对目标方位角进行初级跟踪;第二级首先通过多平台联合似然概率估计多目标初始位置,再用多假设跟踪方法对不同平台初级跟踪的方位角航迹进行关联,最后通过关联的角度值和扩展卡尔曼滤波对多目标位置进行序贯估计。仿真结果证明,该方法能以更少计算量实现更优定位性能,优于单级多假设跟踪方法.海试数据处理结果表明,存在较多干扰的情况下,单级方法跟踪过程中丢失目标,而多级方法实现了对目标的全程跟踪,且收敛后定位误差在70m内。该方法可降低噪声干扰对数据关联及目标定位的影响,并通过多平台协同消除线阵的方位模糊,适用于移动多平台声学目标定位和跟踪场景。     

复杂电磁环境下的信号盲分离方法

介绍了基于盲源分离的信号处理基本思想,阐述了ICA,SOBI,AMUSE三种典型算法的原理、特点,通过仿真实验研究了这三种盲源分离算法对于常见波形信号和真实信号的分离性能及其抗噪能力,验证了算法的有效性和可行性。三种方法对于抑制干扰信号,进行信号的有效提取具有实际意义和使用价值。     

复杂电磁环境下的信号盲分离方法

介绍了基于盲源分离的信号处理基本思想,阐述了ICA,SOBI,AMUSE三种典型算法的原理、特点,通过仿真实验研究了这三种盲源分离算法对于常见波形信号和真实信号的分离性能及其抗噪能力,验证了算法的有效性和可行性。三种方法对于抑制干扰信号,进行信号的有效提取具有实际意义和使用价值。     

一种基于模式识别的多路盲语音提取方法

盲分离算法能在缺少混合系统参数的条件下仅由观测信号估计初始源,但分离信号存在固有的排列模糊性,这往往导致两次批处理过程中同一信号\"对不准\",因此很难获得连续的源信号。本文针对盲声源分离中存在的相同问题,根据语音和其他音频信号的特征差异,提出一种修正的自相关函数并以其值作为一个特征基元来表征声音信号的时序相关特性,同时用平均声门波形状参数作为另一个特征基元来表征语音产生的生理效应。以这两个参数作为识别不同音频信号的二维模式特征,采用一种模糊聚类算法提取多路盲分离语音。本方法有效克服了批处理盲声源分离中的信号排列顺序的不确定性,并通过选择合适的阈值提取多路连续语音。仿真给出了5路混合音频信号中盲提取两路连续语音的实验结果。     

FCM-FastICA的点蚀声发射信号分离识别方法*

金属点蚀是一种破坏性和隐患较大的设备损伤形式。点蚀会产生声发射信号。点蚀过程中产生的多种声源类型会造成信号混叠,影响腐蚀进程的判断。针对点蚀信号混叠问题,提出一种模糊C均值聚类与快速独立分量分析算法相结合的点蚀信号分离识别方法。通过分析单、双点蚀声发射数据将点蚀分为钝化膜破裂阶段、点蚀诱导成核及发展阶段,由聚类确定信号类别并用快速独立分量分析分离混合信号,利用相关性函数验证分离效果。结果表明：单点蚀过程存在3类原信号,双点蚀过程存在7类信号,其中包含单个信号与混合信号;单个信号与原信号相关性极高,达到0.8以上,混合信号的分离分量与原信号相关性达到0.6以上,分离效果较好。该方法可对点蚀混合信号进行有效分离和识别,为腐蚀进程判断提供支持。     

采用盲信号分离算法处理GC-FTIR信号

针对气相色谱-红外(GC-FTIR)联用的多维数据处理,提出基于盲信号分离的色谱重叠峰分离和红外吸收谱图纯化的定性定量分析方法。优点在于充分利用联用仪器提供的大量信息,解决红外和色谱分析中有机混合物无法完全分离的难题。该方法对二甲苯的同分异构体系进行了研究,验证了理论和算法的合理性,对独立分量分析的数据进行了完整的解释,讨论了针对定量分析产生误差的原因。     

Real-time blind source separation system with applications to distant speech recognition

A real-time BSS system based on DUET was developed and implemented in order to assess its potential as the front-end for a DSR engine. The system uses only two closely-spaced standard omni-directional microphones and a computer soundcard and was developed for low reverberation environments with several human speakers and different noise sources.     

基于非负矩阵分解的重叠三维荧光光谱解析

重叠三维荧光光谱的解析是荧光光谱解析中的难点,非负矩阵分解(NMF)作为一种有效的盲分离方法,能够提取光谱的局部特征和内在联系,克服光谱严重重叠带来的干扰,在解析重叠光谱中具有不可比拟的优势。首先用模拟三维荧光光谱验证了NMF在三维荧光光谱解析中的有效性,然后将四种不同的NMF算法(乘性迭代算法、交替最小二乘算法、二阶方法、投影梯度算法)用于实测的酚类化合物(百里酚、间甲酚、苯酚)三维荧光光谱的解析中,并讨论了在酚类化合物分离应用中四种NMF算法的收敛速度和计算复杂度的差异。实验结果表明,四种方式的NMF标准偏差均在0.06%以下,其中交替最小二乘算法在收敛行为和鲁棒性上最为优越。     

Independent component analysis of photoacoustic depth profiles

Photoacoustic spectroscopy is a powerful tool to non-destructively retrieve depth related information with minimal sample preparation from heterogeneous samples. Using a phase modulated step-scan arrangement and digital signal processing a series of spectra with effectively different modulation frequencies, probing different thermal diffusion lengths within a sample, can be collected simultaneously. In this report independent component analysis is used to analyze photoacoustic data acquired from a multilayer sample in an attempt to isolate the spectra of the constituent layers. The ICA findings are compared to the approach of eliciting this information through difference spectroscopy. The results suggest that ICA may offer substantial benefits for segmentation of PAS depth profiles without user intervention. This approach can be useful in analysis of complex heterogeneous samples when one has no prior knowledge of their constituents or their distribution in the sample.     

非线性混合模式的语音盲分离算法

本文针对FIR非线性混合模型,基于最大熵算法,提出了一种以高斯混合模式概率密度函数估计替代传统对数化概率密度估计的盲分离算法,以偶函数为非线性激活函数,采用最大期望（EM）迭代算法推导了分离算法的权向量迭代公式,通过模拟仿真实验结果与传统的最大熵和高阶累积量方法比较,新算法提高了收敛速度,并有效地完成了非线性语音分离任务,抑制了干扰语音信号的影响,提高了输出信噪比。     

地表枯枝落叶层影响下的土壤混合光谱特征及解混方法研究

针对草原土壤属性高光谱监测过程中地表枯落物对土壤光谱建模精度的影响.以呼伦贝尔典型草原土壤光谱为研究对象,通过室内模拟光谱实验及野外光谱实测验证,分析混合光谱特征,揭示枯枝落叶层对土壤光谱影响的规律,提出了基于光谱相似值约束下的盲源分离IC A算法,对混合光谱进行解混,削减枯枝落叶层对土壤光谱的影响.结果表明,(1)随...