面向低信噪比的自适应压缩感知方法

在压缩感知工程应用中, 信号往往被噪声和干扰所影响, 常规的压缩感知方法难以达到理想的重构效果, 特别是低信噪比应用场景中, 稀疏重构往往会失效. 分析了压缩感知中噪声对重构性能的影响, 从理论上解释了压缩感知中的噪声折叠原理, 并在此基础上提出了一种基于方向性测量的自适应压缩感知方案. 该方案通过后端信号处理系统估计出噪声的相关信息并反馈至压缩感知前端, 前端根据反馈的噪声信息调整测量矩阵, 从而改变感知矩阵的方向, 自适应地感知稀疏谱, 从而有效地抑制信号噪声. 仿真实验表明, 所提的自适应压缩感知方法对稀疏信号重构性能有较大的提升.     

基于压缩感知和改进自适应正交匹配的稀疏信号重构

针对传统香农-奈奎斯特采样定理指出在保证原始信号重构精度的前提下,采样频率必须为原始信号频率的2倍,提出了一种基于压缩感知理论和改进的自适应正交匹配追踪算法的稀疏信号重构方法;首先引入了压缩感知模型和信号重构目标函数,然后在对经典正交匹配追踪类算法进行分析和总结的基础上,为克服其不足,设计了一种二次筛选支配原子集的方法,即通过计算信号的QR分解并计算具有最大势能的原子从而得到能量候选原子集,通过计算余量与原子的相关性选出相关性最大的原子从而得到相关候选原子集,并将能量候选原子集和相关候选原子集的交集作为最终支配原子集;最后定义了具体的采用自适应正交匹配算法实现信号重构的算法;在Matlab仿真环境下试验,结果表明:文章方法能有效地进行稀疏信号重构,具有较小的重构误差,且与其它方法相比,具有收敛速度快和重构效果好的优点。     

一种基于选择性测量的自适应压缩感知方法

针对低信噪比条件下现有压缩感知系统重构性能严重恶化的问题,提出了一种基于选择性测量的自适应压缩感知结构.首先推导并分析了经过压缩测量的噪声的统计特性及其对重构性能的影响;然后基于输出能量最小化准则,设计了一种压缩域投影滤波联合噪声检测的自适应感知器,感知获得噪声子空间的位置信息;进一步利用该信息构造选择性压缩测量矩阵,智能选择测量信号,同时"屏蔽"噪声分量,极大提高了压缩测量值的信噪比.仿真结果表明,相对于现有压缩感知结构,选择性测量的压缩感知结构明显改善了含噪稀疏信号的重构性能,可更好地应用于吸波材料的前端特性分析、认知无线电的频谱感知等领域.     

基于离散余弦变换的语音压缩采样和编码算法

针对语音无线通信中带宽资源受限的问题,提出基于压缩采样的低速率语音编码算法。以基尼系数为指标,比较不同稀疏变换域下语音信号的稀疏性,分析常见重构算法对语音信号压缩采样观测信号的重构特性。对标准耳蜗滤波器——伽马啁啾滤波器组的参数进行研究,并以梯度投影稀疏重建(GPSR)算法重构语音信号。利用语音质量感知评估(PESQ)、信噪比和主观听觉测试,对编解码后的合成语音信号进行了质量评估。实验表明,基于压缩感知的语音编码器以4 kbps的低速率对语音进行编码时,PESQ得分可达到3.16,计算复杂度相对较低,可以用于实际的语音编码环境。     

分布式压缩感知麦克风阵列多声源方位估计*

麦克风阵列已被广泛应用于音/视频会议等人机交互领域中时,多声源应用场景对声源方位估计性能提出了更高的要求。压缩感知(CS)声源定位算法将声源定位问题转化为信号的稀疏重构问题,相比传统的定位算法如相位变换加权（SRP-PHAT）和时延累加定位（DS）能够获得较高的定位性能,但多声源的存在一定程度上降低了稀疏程度,影响了CS重构性能。考虑到传统的CS定位算法并未利用多个连续语音帧之间声源空间向量的共同稀疏性,提出采用分布式压缩感知（DCS）理论以改善多声源的稀疏恢复估计的性能。仿真和实验结果表明,相比于传统定位算法和CS-OMP算法,DCS-SOMP算法在不同信噪比和不同声源强度的环境中,对多声源的方位估计都具有更好的定位性能和定位稳健性。     

分段匹配追踪式Karhunen-Loeve非相干字典语音压缩感知

压缩感知(Compressed Sensing,CS)理论突破了经典采样定理的理论边界,为信号压缩提供了另一种途径。基于CS理论框架,做了两方面工作:为提高语音字典对信号的匹配性,设计了一种基于K-L展开的非相干语音字典;针对现有匹配追踪(MP,OMP)算法的不足,提出分段匹配追踪(Segment MP,SegMP)算法。首先对语音自相关函数进行建模并估计模型参数,构造语音自适应非相干字典,然后采用SegMP对语音稀疏向量分段观测,获得多个低维矢量,最后结合模型参数重建字典并重构信号,实现了语音压缩感知。语音测试结果表明:相比现有方案,本文方案对信号的稀疏表示更为精准,具有更好的重构质量,且降低了计算复杂度。      

基于主成分变换的图像稀疏度估计方法

压缩感知理论基于信号的稀疏性和可压缩性, 突破传统Nyquist采样频率的限制, 以较低的数据量对信号进行采样和高概率重构. 在压缩感知理论中, 信号的稀疏度确定了稀疏采样的最低数据量, 是验证采样方法及重构方法优劣的重要参数. 在实际研究过程中, 图像稀疏度通常未知, 这就可能导致过采样或欠采样的情况, 从而无法验证采样方法及重构方法的优劣. 因此, 快速而客观地估计图像的稀疏度对于压缩感知理论研究来说意义重大. 本文分析了基于小波变换的图像稀疏化表示方法, 通过遍历采样和重构得到基于小波变换方法的图像稀疏度, 但过程复杂, 而且结果的准确性依赖于小波基和变换尺度的选择. 本文通过压缩感知理论对主成分变换进行阐述, 在基于主成分变换系数近似为正态函数的假设下, 建立了图像稀疏度与系数函数方差间的线性关系, 并通过多组图像数据进行仿真验证, 结果表明线性关系的正确性. 通过分析和仿真可以看出, 基于主成分变换的稀疏度估计方法比小波变换简单、快速、客观, 对压缩感知理论研究有重要的应用价值. 关键词： 压缩感知 稀疏度 小波变换 主成分变换     

相控阵超声缺陷检测数据压缩感知

为了解决超声相控阵信号采集、存储和传输中数据量大的问题,研究了压缩感知在相控阵无损检测信号和图像压缩重构中应用的可行性。首先使用5种贪婪算法对相控阵仿真信号进行压缩重构,根据百分比均方误差选取最优算法并考虑了噪声对精度的影响,结果表明压缩感知可以用低于奈奎斯特极限的测量点数准确重构原始图像;其次用人工缺陷回波信号进行实验验证,通过稀疏度计算选择适用相控阵信号的最优稀疏基,并通过5种传感矩阵的优化选择进一步提高了重构精度。实验结果尽管达不到仿真中的理想效果,但是能以少量测量值准确恢复图像,并能保证缺陷的识别,说明压缩感知算法可以有效提高相控阵缺陷检测效率。此外,在保持测量点数相同的情况下,仿真和实验都研究了不同采样率对重构精度的影响,当测量点数超过一定值时,证实了压缩感知实际与采样率无关。      

基于小波变换的压缩感知理论对水质检测紫外-可见光谱数据的去噪研究

消除噪声影响对提高直接光谱法水质检测系统的测量稳定性和精度都具有重要意义。直接光谱法在线水质检测系统通常采用长寿命、无需预热的脉冲氙灯和适用于复杂检测环境的工业级光谱探测装置。针对整个光谱探测系统受到光源、光路和光电转换器件的严重影响,测定的光谱数据含有大量噪声这一实际问题,提出了基于小波变换的压缩感知去噪算法,并与传统小波阈值去噪方法进行了比较实验。针对化学需氧量为200 mg·L-1的邻苯二甲酸氢钾标液的紫外-可见光谱数据进行去噪处理,采用压缩感知去噪算法,将信号在小波域内分解,得到含噪高频系数;采用随机高斯矩阵作为压缩感知算法的观测矩阵,压缩比设置为2,对高频系数进行观测;选择正交匹配追踪算法恢复高频小波系数的稀疏性,从而达到去噪目的。同时针对传统的小波阈值去噪,采用daubechies4作为小波基的软阈值滤波方法对光谱数据进行去噪处理。为验证去噪算法的可行性,采集某溪水和城市生活污水的光谱信号分别采用以上两种方法进行去噪处理,实验结果表明：基于小波变换的压缩感知去噪算法适用于紫外-可见光谱法在线水质检测系统,该方法能在保留水样原始光谱信号的吸收特征的前提下有效地去噪,且去噪效果优于小波阈值去噪算法。与小波阈值去噪算法相比,信噪比提高了12.201 5 dB,均方根误差减小了0.009 3,峰值信噪比增加了5.299 dB。不仅避免了小波阈值去噪过程中阈值的选取依靠主观判断问题,而且在重构过程中有效地抑制了噪声,为直接光谱法检测水质参数提供了一种新的解决方案。     

分块稀疏信号1-bit压缩感知重建方法

1-bit压缩感知理论指出:对稀疏信号进行少量线性投影并对投影信号进行1-bit量化,该1-bit信号包含足够的信息,从而能对原始信号进行高精度重建.然而,当信号难以进行稀疏表达时,传统1-bit压缩感知算法无法精确重建原始信号.前期研究表明,分块稀疏模型作为一种特殊的结构型稀疏模型,对于难以用传统稀疏模型进行表达的信号具有较好的表达作用.本文提出了一种针对分块稀疏信号的1-bit压缩感知重建方法,该方法利用分块稀疏的统计特性对信号进行数学建模,通过变分贝叶斯推断方法进行信号重建并在光电容积脉搏波(photoplethysmography)信号上进行了实验验证.实验结果表明,与现有1-bit压缩感知重建方法相比,本文方法重建精度更高,且收敛速度更快.     

Chalcogenide Fibers: An Overview of Selected Applications

Chalcogenide glass fibers have many unique properties that make them attractive for applications that are not possible with silica fibers. Selected applications of chalcogenide fibers in research, commerce, and the military are reviewed.     

Some mathematical aspects of Anderson localization: boundary effect,multimodality, and bifurcation

Anderson localization is a famous wave phenomenon that describes the absence of diffusion of waves in a disordered medium. Here we generalize the landscape theory of Anderson localization to general elliptic operators and complex boundary conditions using a probabilistic approach, and further investigate some mathematical aspects of Anderson localization that are rarely discussed before. First, we observe that under the Neumann boundary condition, the low energy quantum states are localized on the boundary of the domain with high probability. We provide a detailed explanation of this phenomenon using the concept of extended subregions and obtain an analytical expression of this probability in the one-dimensional case. Second, we find that the quantum states may be localized in multiple different subregions with high probability in the one-dimensional case and we derive an explicit expression of this probability for various boundary conditions. Finally, we examine a bifurcation phenomenon of the localization subregion as the strength of disorder varies. The critical threshold of bifurcation is analytically computed based on a toy model and the dependence of the critical threshold on model parameters is analyzed.     

辣椒碱与β-环糊精包合物的核磁共振研究

利用核磁共振方法研究了辣椒碱β-环糊精包合物的化学计量比、空间结构信息及其在水溶液中的自扩散系数. 通过测定不同浓度比的辣椒碱和β-环糊精混合溶液的 ¹H NMR数据,绘制Job's曲线,辣椒碱和β-环糊精的Job's曲线均在r=0.5处出现拐点. 同时测定了该包合物的2D ROESY和DOSY谱图,ROESY谱图中NOE交叉信号出现在辣椒碱的H-1~H-8和β-环糊精的H-3′、H-5′、H-6′之间,DOSY测得β-环糊精和辣椒碱形成包合物前后的表观自扩散系数. 结果表明,辣椒碱β-环糊精包合物的主客体分子的化学计量比为1∶1,辣椒碱分子的异丙基端从β-环糊精的宽口端进入疏水腔,其中H-1~H-8部分在空腔内部,包合物的自扩散系数为2.95×10^-10m²/s.     

The ρ-π Puzzle of J/φ and φ′ Decays

The recent BES Collaboration data on φ →PV, particularly the isospin violating mode φ′ → π^oω^o and finding of a finite number for B(φ′ → K^*OK^O), enable us now to deal more precisely about the challenges to theory concerning this extraordinary and remarkableso-called ρ-π puzzle of J/φ and φ′ decays. In terms of the existing data and deploying the simplest phenomenology, measurement of φ′ → π⁺π^- and whether a finite number for the K^*+K^- mode might require a significantly large accumulation of data remain interesting questions.     

Interaction of Wave Trains with Defects

The evolution and transition of planar wave trains propagating through defects(obstacles) in an excitable medium are studied. When the frequency of the planar wave trains is increased, three different dynamical regimes,namely fusion, "V" waves, and spiral waves, are observed in turn and the underlying mechanism is discussed. The dynamics is concerned with the shapes of the defects. Circle, triangle, and rectangle defects with different sizes are considered. The increase of pacing frequency broadens the fan-shaped broken region in the behind of a rectangle defect.The increase of width of a triangle defect leads to breakup of wave trains easier while the change of height shows opposite effect, which is presented in a phase diagram. Dynamical comparison on defects with different shapes indicates that the decrease of the defect width along the propagation of wave trains makes the fan-shaped region and the minimal frequency for breakup of spiral both increased.     

HL-2M 装置时序控制与数据采集系统设计

基于 FPGA 和 IEEE1588PTPv2 协议设计了 HL-2M 装置时序控制系统,用于在精准时刻为测控系统 提供触发。数据采集系统采用客户端/服务端双模式管理。在 HL-2M 装置初始等离子体放电实验中测试结果表明, 时序控制和采集系统具有纳秒级精度触发,实时性强,数据传输速度快,稳定可靠,方便部署和管理的特点,满 足 HL-2M 等离子体放电实验的应用需求。     

环位形下鱼骨模驱动快离子输运的数值模拟研究

考虑包含动理学效应的鱼骨模结构,使用导心轨道程序 ORBIT,在磁面坐标下研究了不同的扰动模 幅度、频率对快离子再分布的影响,并分析了粒子与扰动发生共振的条件。模拟得出,鱼骨模扰动会使快离子在 实空间、相空间中发生再分布,芯部( ψ_p/ψ _w≤0.2 ,ψ_p 为极向磁通,ψ_w 为最后一个闭合磁面的磁通)快离子密 度下降约 20%,中间磁面位置上( ψ_p/ψ _w≥0.2,ψ_p/ψ _w≤ 0.6)的快离子密度增加约 7%;通过扫描频率发现,相空间中快 离子的再分布对模式频率敏感,并分析了快离子与鱼骨模扰动共振的条件。     

面向集成模拟平台的远程协作系统

基于 Web 技术,采用三层模型的系统架构,分别使用 AJAX、SQLite、Openlava 和 Python 解决了 数据异步传输、作业结果重用、多用户作业管理和可视化显示等关键技术,成功开发出面向集成模拟平台的远程 协作系统——SICOS。通过 Web 浏览器即可多人同时运行高性能计算集群上 IMAS 框架下的等离子体程序,实 现了程序的集成运行及运行结果的远程分析、数据共享和可视化显示等功能。通过率先集成 EFIT 可以获得 HL-2A 装置实验的平衡位形重建结果和 HL-2M 装置期望的平衡位形结果,为后续其它程序的集成奠定了技术基础。     

Thermodynamics of 4D dS/AdS Gauss–Bonnet black holes according to consistent gravity theory in the presence of a cloud of strings

By looking at the Lovelock theorem one can infer that the gravity model given by [1] cannot be applicable for all types of 4D Einstein–Gauss–Bonnet (EGB) curved space-time. The reason for this is that in 4D space-time, the Gauss–Bonnet invariant is a total derivative and hence it does not contribute to gravitational dynamics. Hence, the authors of [2] presented an alternative consistent EGB gravity model instead of [1] by applying a break-of-diffeomorphism property. In this work, we use the alternative model to produce a de Sitter (dS)/Anti-de Sitter (AdS) black hole metric and then investigate its thermodynamic behavior in the presence of a cloud of Nambu–Goto strings. Mathematical derivations show that the resulting diagrams of pressure vs specific volume at a constant temperature are similar to that for a van der Waals gas/fluid in an ordinary thermodynamic system in the dS sector but not in the AdS background. From this, we infer that the black hole participates in the small-to-large black hole phase transition in the dS background, while it exhibits a Hawking–Page phase transition in the AdS background. In the latter case, an evaporating black hole eventually reaches an AdS vacuum space because of its instability.     

Darboux Transformation and N-soliton Solution for Extended Form of Modified Kadomtsev-Petviashvili Equation with Variable-Coefficient

The extended form of modified Kadomtsev-Petviashvili equation with variable-coefficient is investigated in the framework of Painlevé analysis. The Lax pairs are obtained by analysing two Painlevé branches of this equation. Starting with the Lax pair, the N-times Darboux transformation is constructed and the N-soliton solution formula is given, which contains 2n free parameters and two arbitrary functions. Furthermore, with different combinations of the parameters, several types of soliton solutions are calculated from the first order to the third order. The regularity conditions are discussed in order to avoid the singularity of the solutions. Moreover, we construct the generalized Darboux transformation matrix by considering a special limiting process and find a rational-type solution for this equation.