基于最大Lyapunov指数预测的EMD端点延拓

将最大Lyapunov指数预测引入到经验模式分解（EMD）的端点延拓中,提出用最大Lyapunov指数预测后的数据进行EMD分解的方法.该方法充分考虑了信号的内在特性,使端点处的延拓更加合理,从而使得三次样条曲线在端点处不会发生大的摆动.通过线性、非线性和实测信号的分析表明该方法能够有效地抑制端点效应. 关键词： EMD 非线性 Lyapunov指数 端点效应     

基于对偶约束最小二乘支持向量机的混沌海杂波背景中的微弱信号检测

基于复杂非线性系统的相空间重构理论,提出一种改进的提取混沌背景中微弱信号的最小二乘支持向量机(LS-SVM)的方法.通过将信号以db3小波逐层分解,进行LS-SVM预测,再进行重构,同时通过增加对偶约束项、改进核函数的方法,建立改进的混沌序列的一步预测模型,从预测误差中检测湮没在混沌背景中的微弱目标信号(包括周期和瞬态信号).最后以Lorenz系统和真实海杂波数据作为混沌背景噪声进行了仿真实验,实验表明此方法能够有效地检测出混沌背景噪声中的微弱信号、抑制噪声对混沌背景信号的影响,与传统RBF神经网络和LS-SVM预测方法相比,预测精度和检测门限方面的性能有显著的提高.     

混沌海杂波背景下的微弱信号检测混合算法

基于经验模态分解理论, 提出了一种基于粒子群算法的支持向量机预测方法. 采用总体平均经验模式分解法将混沌信号分解为若干固有模态函数和趋势分量, 将复杂的非线性信号转化为具有不同尺度特征的平稳分量. 利用粒子群算法对支持向量机的惩罚系数和核函数进行优化, 结合支持向量机建立混沌序列的单步预测模型. 从预测误差中检测淹没在混沌背景中的微弱信号(包括瞬态信号和周期信号). 对Lorenz系统和实测IPIX雷达数据进行仿真实验, 结果表明, 该方法能够有效地从混沌背景噪声中检测出微弱目标信号, Lorenz系统得到的均方根误差0.000000339 (-102.8225 dB时)比传统支持向量机方法的均方根误差0.049 (-54.60 dB时)降低了5个数量级, 从海杂波中检测出具有谐波特性的微弱信号, 表明预测模型具有更低的门限和误差.     

基于EMD的拉曼光谱去噪方法研究

经验模态分解(EMD)方法是一个以信号极值特征尺度为度量的时空滤波过程,它充分保留了信号本身的非线性和非平稳特征,在信号的滤波和去噪中具有较大的优势.文章在介绍EMD分解方法的基础上,结合EMD的多尺度滤波特性,提出了一种新的拉曼光谱去噪方法--EMD阈值去噪法.该方法首先对含噪的拉曼光谱信号做EMD分解,得到各阶本征模态函数(IMF),然后对高频的IMF分量用阈值法进行处理,把经过阚值处理后的高频IMF分量与低频IMF分量叠加得到重构的信号,即去噪信号.通过处理对二甲苯的拉曼光谱信号,分析了在不同噪声水平上不同去噪方法的处理效果.实验结果表明EMD阈值去噪法有效地去除了噪声,较好地保留了光谱的细节信息.与小波阈值去噪方法相比较具有自适应的优势,在拉曼光谱去噪中有很好的应用前景.     

基于噪声辅助非均匀采样复数据经验模态分解的混沌信号降噪

鉴于非均匀采样复数据经验模态分解(NSBEMD)相对传统分解方法的优势和噪声的NSBEMD特性,提出了一种基于噪声辅助NSBEMD的混沌信号自适应降噪方法.该方法首先以含噪混沌信号和高斯白噪声分别为实、虚部来构造复数据并进行NSBEMD,然后根据虚部各IMF的能量来估算实部各IMF中包含的噪声能量,最后根据噪声能量的估计值对实部IMF进行奇异值分解(SVD)降噪.噪声估计实验验证了噪声能量估计方法的可行性,而Lorenz信号和太阳黑子月平均数的降噪实验则表明,相对于现有EMD降噪方法,本文方法能够进一步消除噪声,更清晰地恢复出混沌吸引子的拓扑结构.     

基于独立成分分析和经验模态分解的混沌信号降噪

基于经验模态分解和独立成分分析去噪的特点,提出了一种联合独立成分分析和经验模态分解的混沌信号降噪方法. 利用经验模态分解对混沌信号进行分解,根据平移不变经验模态分解的思想构造多维输入向量, 通过所构造的多维输入向量和独立成分分析对混沌信号的各层内蕴模态函数进行自适应去噪处理; 将处理后的所有内蕴模态函数进行累加重构,从而得到降噪后的混沌信号. 仿真实验中分别对叠加不同强度高斯噪声的Lorenz混沌信号及实际观测的月太阳黑子混沌序列进行了研究, 结果表明本文方法能够对混沌信号进行有效的降噪,而且能够较好地校正相空间中点的位置, 逼近真实的混沌吸引子轨迹. 关键词： 独立成分分析 经验模态分解 混沌信号 降噪     

混沌背景中微弱信号检测的神经网络方法

基于复杂非线性系统相空间重构理论，提出了混沌背景中微弱信号检测的神经网络方法，利用神经网络强大的学习和非线性处理能力，建立了混沌背景噪声的一步预测模型，从预测误差中检测淹没在混沌背景噪声中的微弱目标信号(包括周期信号和瞬态信号)，研究了混沌背景中存在白噪声时该方法的检测能力，指出了目标信号为瞬态信号和周期信号时检测原理的异同点，最后以Lorenz系统作为混沌背景噪声进行了仿真实验，实验表明该方法能有效地将混沌背景中极其微弱的信号检测出来. 关键词： 混沌 神经网络 信号检测     

一种基于三阶Volterra滤波器的混沌时间序列自适应预测方法

基于Takens的相空间延迟坐标重构,研究了用于混沌信号预测的三阶Volterra滤波器的一种乘积耦合近似实现结构,并应用于典型的低维混沌时间序列和具有高维混沌特性的EEG信号的预测.数值研究表明:这种滤波器结构对于低维混沌时间序列的预测精度可以比二阶Volterra滤波器提高103倍,而且能够较好地对一些具有高维混沌特性的EEG信号进行预测 关键词： 混沌 非线性自适应预测 三阶Volterra滤波器 electroencephalography信号     

用于混沌时间序列自适应预测的一种少参数二阶Volterra滤波器

研究了二阶Volterra滤波器的一种乘积耦合近似实现结构及其非线性NLMS自适应算法,并用这种少参数二阶Volterra滤波器(RPSOVF)研究了一些混沌信号的非线性自适应预测性能.仿真研究结果表明:所给出的非线性NLMS自适应算法能够保证这种RPSOVF的稳定性和收敛性,且RPSOVF用这种非线性NLMS自适应算法能够自适应预测一些混沌时间序列. 关键词： 混沌 非线性自适应预测 Volterra滤波器 非线性NLMS自适应算法     

基于经验模态分解的虹膜识别

虹膜识别是一种有效的生物特征识别方法。经验模态分解(EMD)是一种可自适应的对非线性、非平稳信号进行多分辨率分解的信号分析算法。将虹膜图像进行EMD分解,找出有利于虹膜识别的敏感频带,使用选择后的固有模态分量对虹膜图像进行特征提取。仿真实验结果表明,该方法正确识别率达到99.44%,并且由于其在特征提取的同时消除了高频噪声和背景光影响,简化了预处理过程,降低了算法的复杂度。     

Relevant modes selection method based on Spearman correlation coefficient for laser signal denoising using empirical mode decomposition

Empirical mode decomposition (EMD) is a recently proposed nonlinear and nonstationary laser signal denoising method. A noisy signal is broken down using EMD into oscillatory components that are called intrinsic mode functions (IMFs). Thresholding-based denoising and correlation-based partial reconstruction of IMFs are the two main research directions for EMD-based denoising. Similar to other decomposition-based denoising approaches, EMD-based denoising methods require a reliable threshold to determine which IMFs are noise components and which IMFs are noise-free components. In this work, we propose a new approach in which each IMF is first denoised using EMD interval thresholding (EMD-IT), and then a robust thresholding process based on Spearman correlation coefficient is used for relevant modes selection. The proposed method tackles the problem using a thresholding-based denoising approach coupled with partial reconstruction of the relevant IMFs. Other traditional denoising methods, including correlation-based EMD partial reconstruction (EMD-Correlation), discrete Fourier transform and wavelet-based methods, are investigated to provide a comparison with the proposed technique. Simulation and test results demonstrate the superior performance of the proposed method when compared with the other methods.     

噪声模态单元预判的经验模态分解脉冲星信号消噪

为了改善脉冲星辐射脉冲信号的消噪效果, 提出了一种基于噪声模态单元预判的经验模态分解(EMD) 消噪声方法. 该方法首先利用EMD将含噪辐射脉冲信号分解为一组内蕴模态函数(IMF), 根据IMF系数的统计特性采用局部均方误差准则进行噪声模态单元预判, 并将噪声模态单元置零; 然后对噪声模态单元预判处理后的IMF以模态单元为基本单位进行最优比例萎缩消噪, 从而达到抑制噪声、保留信号的目的. 实验结果表明: 与Sure Shrink小波阈值法、Bayes Shrink小波阈值法和EMD模态单元比例萎缩法相比, 基于噪声模态单元预判的EMD消噪方法可以更有效地去除脉冲辐射信号中的噪声, 同时更好地保留信号突变处的细节信息特征, 在信噪比、 均方误差、峰值相对误差、峰位误差和相位误差等方面都有一定程度的改善. 关键词： 脉冲星信号消噪 经验模态分解 噪声模态单元预判 局部均方误差     

基于经验模式分解的拖曳式声纳拖船噪声抵消研究

拖曳式线列阵声纳的拖船噪声具有多途角扩展等特点，并且是一个非平稳过程，使得对该噪声的消除或抑制是一大难点。经验模式分解是一种用于分析非线性非平稳信号的新方法，该方法自适应地将嵌于数据内部的多个固有模式函数逐一分解开来。本文尝试利用经验模式分解方法分离出水听器接收信号中的拖船干扰噪声，从而达到消除干扰的目的。海上试验数据的处理结果充分验证了这种方法的可行性。     

人体血氧饱和度检测中消除脉搏波信号高频噪声的方法

基于光电容积脉搏波的方法可以用于人体血氧饱和度的无创检测,基于光电容积脉搏波测量时,由于信号采集过程中随机噪声等干扰,脉搏波信号中存在高频噪声,影响最终的血氧饱和度测量精度。提出采用基于连续均方误差(CMSE)准则的经验模态分解(EMD)法消除脉搏波信号中的高频噪声。利用自行研制的光电容积脉搏波采集装置采集脉搏波信号,应用该方法消除信号中高频噪声,并采用信号的频谱进行效果评价。结果表明：该方法有效消除了高频噪声,这将有利于人体血氧饱和度无创检测精度的提高。     

基于EMD的谱峭度方法在滚动轴承故障检测中的应用

传统谱峭度方法通常采用基于短时傅里叶变换(Short Time Fourier Transform,STFT)的峭度图方法来实现。针对STFT不能保证对瞬态脉冲这种高度非平稳信号最优的分解效果的缺点,提出一种基于经验模式分解(Empirical Mode Decomposition ,EMD)的谱峭度方法。该方法首先利用EMD和Hilbert变换得到信号的时频分布,然后将信号的时频分布按照不同层数分成若干频段,通过计算各频段的峭度值得到相应的峭度图,再根据峭度最大原则选择滤波频段进行带通滤波,最后对滤波信号采用包络分析确定故障信息。实验结果表明：相比传统基于STFT的谱峭度方法,本文方法更能准确的获得轴承加速度信号的故障特征频率信息。     

Disentangling stochastic signals superposed on short localized oscillations

We introduce a procedure for separating periodic oscillations superposed on a stochastic signal. The procedure combines empirical mode decomposition (EMD) of a signal with tools of data analysis based on stochastic differential equations, namely nonlinear Langevin equations. Taking the set of modes retrieved from the EMD of the signal, our procedure is able to separate them into two groups, one composing the periodic signal and another composing the stochastic signal. The framework is robust for a broad family of localized oscillations, in the range of large frequencies. In particular, we show that, in this context, the EMD method outperforms a low-pass filter and is robust for a wide interval of different frequency ranges and amplitudes of the periodic oscillation, as well as for a broad family of different non-linear Langevin processes.     

基于LLE-SVR的鸡蛋新鲜度可见/近红外光谱无损检测方法

鸡蛋新鲜度是反映鸡蛋内部品质的一个重要指标。为了能够实现鸡蛋新鲜度的快速无损检测,利用微型光纤光谱仪采集鸡蛋550～950 nm的透射率光谱曲线,与鸡蛋的哈夫单位值进行了定量分析。通过不同的预处理方式分别结合偏最小二乘回归(partial least squares regression, PLSR)与支持向量回归(support vector regression, SVR)建立模型,比较了不同模型的预测结果,发现一阶微分结合SVR能够实现较好地预测,且利用SVR建模要优于PLSR。为了提高运算效率,减少无用信息对建模的不良影响,分别利用线性降维主成分分析法(principal component analysis, PCA)与非线性降维局部线性嵌入(locally linear embedding, LLE)对一阶微分后的光谱数据降维,比较两种降维方法的预测效果,得出了LLE降维要优于PCA降维,其训练集和预测集的相关系数与均方根误差分别为92.2%,7.21和91.1%,8.80,训练集交叉验证的均方根误差相比减少了0.79。实验结果表明,利用局部线性嵌入结合支持向量回归进行非线性建模,能够提高鸡蛋新鲜度的预测能力,表明该方法对鸡蛋新鲜度的可见/近红外光谱检测可行。     

NIR光谱的LLE-PLS非线性建模方法及应用

传统的偏最小二乘(PLS)建模方法不能有效反映近红外(NIR)光谱与分析样本的物理化学性质之间存在的非线性关系.局部线性嵌入(LLE)是一种新的非线性降维方法,属于流形学习方法,它能有效地发现高维数据中的本真低维结构.结合LLE和PLS,提出一种近红外光谱非线性建模的新方法,并用于建立丹参多酚酸盐柱层析过程中丹酚酸B含量的回归校正模型.该方法首先用LLE对NIR光谱数据降维,再用PLS建立校正模型.结果表明,与多元散射校正、一阶导等预处理方法结合PLS建模比较,参数优化后的LLE-PLS方法能更准确地预测丹酚酸B的含量,其交叉验证均方根误差为0.128 mg·mL-1、决定系数为0.998 8.基于NIR光谱及LLE-PLS建模,可实现丹参多酚酸盐柱层析过程的在线检测.     

Hysteresis-induced bifurcation and chaos in a magneto-rheological suspension system under external excitation

The magneto-rheological damper(MRD) is a promising device used in vehicle semi-active suspension systems, for its continuous adjustable damping output. However, the innate nonlinear hysteresis characteristic of MRD may cause the nonlinear behaviors. In this work, a two-degree-of-freedom(2-DOF) MR suspension system was established first, by employing the modified Bouc–Wen force–velocity(F –v) hysteretic model. The nonlinear dynamic response of the system was investigated under the external excitation of single-frequency harmonic and bandwidth-limited stochastic road surface.The largest Lyapunov exponent(LLE) was used to detect the chaotic area of the frequency and amplitude of harmonic excitation, and the bifurcation diagrams, time histories, phase portraits, and power spectrum density(PSD) diagrams were used to reveal the dynamic evolution process in detail. Moreover, the LLE and Kolmogorov entropy(K entropy) were used to identify whether the system response was random or chaotic under stochastic road surface. The results demonstrated that the complex dynamical behaviors occur under different external excitation conditions. The oscillating mechanism of alternating periodic oscillations, quasi-periodic oscillations, and chaotic oscillations was observed in detail. The chaotic regions revealed that chaotic motions may appear in conditions of mid-low frequency and large amplitude, as well as small amplitude and all frequency. The obtained parameter regions where the chaotic motions may appear are useful for design of structural parameters of the vibration isolation, and the optimization of control strategy for MR suspension system.