遗传算法优化变分模态分解提取舰船辐射噪声特征线谱方法

特征线谱提取是舰船目标识别的一个重要研究环节,常采用传统的DEMON谱分析方法,处理过程中,一般对舰船噪声时域信号未予抑噪,低信噪比情况下,传统DEMON谱分析性能差。对此,提出一种采用遗传算法优化变分模态分解方法,用于分解舰船噪声原时域信号,获得抑制噪声后的舰船噪声重构信号,进而有效提取了舰船目标噪声幅度调制特征线谱。该方法首先采用遗传算法优化变分模态分解的两个关键输入参数(分解所取模态个数和惩罚因子),对变分模态分解得到的各阶固有模态分量加以判别,去除噪声主导分量,保留信号主导分量,使重构舰船噪声信号显著抑制了干扰噪声,然后对降噪后的重构信号进行频谱分析,获得目标噪声调制特征线谱。理论分析、仿真和实验数据处理结果表明,相比传统DEMON谱分析法,基于遗传算法优化变分模态分解的舰船噪声特征线谱提取方法具有更好的噪声抑制能力,所获取的舰船噪声幅度调制特征线谱信噪比明显高于传统DEMON方法,具有一定优势,前景良好。     

舰船噪声节奏的研究(Ⅱ)——自相关函数及节奏信息的提取

在前一篇文章的基础上,本文计算了叠加型调制的功率谱密度以及各种调制类型的自相关函数,与实验结果符合良好。研究结果表明,从舰船辐射噪声调制包络的功率谱密度和自相关函数中可以提取与舰船各种物理属性有关的丰富的节奏信息,同时探讨了提取这些节奏信息的有效方法。     

显微数字全息中的3维信息重建

通过理论分析和模拟验证,研究了基于横向剪切的数字全息相位重建方法,分析并指明了详细的重建过程,提出了利用平坦区域相位数据进行线性拟合,从而获得线性相位畸变系数的方法,并指出对原始包裹相位图进行１维相位展开是横向剪切法重建数字全息相位信息的前提。对无噪声及含有噪声的全息图进行了数值重建,结果表明：对于弱噪声干扰的全息图,该方法很有效;而对于较强噪声干扰的全息图,采用中值滤波方法对原始相位图进行滤波后再重建,并对重建的相位图再次进行中值滤波,可以得到高质量的再现像;减小再现像平面抽样间隔,使剪切相位图中相邻的两个像元之间相位差的最大值小于2π,才可以获得正确的相位重建。     

舰船噪声节奏的研究(Ⅰ)——数学模型及功率谱密度

本文分析了舰船辐射噪声中节奏的物理根源,指出了常见的节奏类型。将噪声调制包络作为有相同形状、相等重复周期、随机幅度,具有成组结构的脉冲性随机过程处理,计算了各种调制类型的功率谱密度,与实验结果比较,得到了很好的一致性。     

船舶辐射噪声解调谱相位耦合特性与应用

研究了船舶辐射噪声解调谱谐波线谱的相位特性,通过对实际船舶辐射噪声数据分析,指出船舶辐射噪声解调谱线谱中轴频线谱相位和部分谐波线谱相位之和,与叶频线谱相位的差值为零或为一常数,即存在相位耦合关系。给出了频率具有耦合关系、相位差为非零常数谐波信号的高阶累量,并对这种谐波信号的高阶谱进行了仿真计算。研究了船舶辐射噪声解调谱线谱相位耦合特性的利用方法,通过对部分典型弱调制噪声信号高阶谱分析,指出利用相位耦合关系可以提高弱解调谱船舶目标的螺旋桨参数特征提取能力。     

一种利用高阶谱相位数据进行时延估计的新方法

本文提出了一种利用高阶谱相位数据进行时延估计的新方法。对于无噪声干扰或是不相关高斯噪声干扰的信号来说,互谱相位数据时延估计能给出较好的估计结果。但是若存在相关高斯噪声干扰时,利用高阶谱相位数据进行时延估计就有较突出的优点,其精度高于互谱相位数据时延估计法。在频域内经过适当加权,能更有效地提高估计精度。     

舰船噪声听觉节奏特征

舰船噪声调制包络能反映舰船噪声听觉节奏特征,但在对其进行谱分析和特征提取过程中会损失部分信息。直接将舰船噪声包络可视化,并采用简单的人机交互提取特征量,对噪声分析和识别是有利的。包络分析采用多子带融合方法,将"最优"调制包络看作一种随机过程,并将舰船噪声的多子带检波信号看作是对"最优"调制包络的一次观测,对其作循环相关,用有限次观测的集种平均作为"最优"包络的估计,从而得到多子带融合包络,舰船噪声实测数据验证了该方法的有效性。     

基于锁模光学频率梳的高速数据传输

大数据时代网络数据流量的爆炸式增长给通信系统的容量和数据传输速率带来极大的挑战.本文基于锁模光学频率梳的宽光谱范围和高相位相干性提出了一种高频正交幅度调制信号生成方法,通过电光调制器对光学频率梳进行幅度相位整形并下变频至射频域,生成携带编码信息的高速、高阶、低相位噪声的调制信号,再结合锁模光学频率梳窄线宽、多波长的特性,仅使用单个激光器即可实现基于波分复用技术的大规模并行高速通信.仿真验证了该方案的可行性,随后在100 m的自由空间光链路中使用光子微波信号进行16元正交幅度调制通信实验,实现了误码率低于10^-6的14 Gbit/s数据传输.     

小波变换重建超短脉冲光谱相位的误差分析

分析了噪声对小波变换重建超短脉冲光谱相位的影响. 在理想情况和附加噪声、倍增噪声， 以及干涉条纹采样量化干扰的情况下，分析了小波变换对几种光谱相位的重建精度. 结果显 示，在理想情况和噪声干扰的情况下，小波变换的相位重建精度都在003rad范围以内. 这 说明小波变换是一种精确可信的光谱相位重建方法，具有很强的抗噪声干扰能力. 另外，将 小波变换的轨迹图类比SHG FROG的轨迹图，可以直接定性判断脉冲的啁啾特征. 关键词： 超短脉冲 相位重建 小波变换 噪声     

干涉型光纤传感器中非理想3×3耦合器对相位解调的影响分析

深入研究了非理想3×3耦合器对相位解调结果的影响,理论分析了非理想相位条件下的解调结果。仿真计算了相位偏差在±1～5°均匀分布时解调结果与原始结果的相关系数,分析了干涉信号存在幅度噪声时对解调结果的影响。对于特定的系统,相位偏差在解调结果中引入了一个常数系数,相位偏差在±1～5°均匀分布时常数系数的均值分别为0.9999、0.9996、0.9991、0.9984和0.9975。干涉信号的幅度噪声会明显恶化解调算法的性能,为保证解调信号与原始信号相关系数在0.99以上,需要控制干涉信号的幅度噪声水平在6.4%以内。     

舰船噪声识别（Ⅲ）──双重谱和平均功率谱的特征提取和模板图

本系列文章的工作是在舰船噪声谱图的基础上,利用模糊神经网络对舰船进行分类识别。本文是系列文章的第三篇,研究提取双重频率功率谱中调制信息的方法及建立双重谱和平均功率谱模板图。对双重谱,在每个频道中利用最小二乘法消除趋势项,对高频调制作适当补偿。包络线谱的强弱用谱线低于零频谱强度的调制深度和诺线跳出基线的相对高度来表示,并通过隶属函数转换为模糊度量。双重谱模板图记忆了稳定出现的调制线谱和相对应的调制强度。平均功率谱的模板图记忆了多个典型样本的谱均值和对应的标准离差。     

基于模拟退火的相位展开方法

二维相位展开技术被广泛应用于光学精密测量、自适应光学、合成孔径雷达、图像处理等领域中。提出了一种基于模拟退火的相位展开方法。此方法对主值相位图采用局部平面近似，用模拟退火算法求出最优化平面参量，从而得到去除噪声和2π相位跳变的真实相位图。计算机模拟和实验结果均证明，此方法能有效地去除相位图中的噪声，实现带噪声的主值相位图的相位展开，可靠地重建被测物体的表面形貌。详细介绍了这一方法的原理及实验结果。     

激光诱导等离子体干涉图相位信息的提取

分析了强激光在空气中产生等离子体干涉图的空间频谱特性，采用高阶契比雪夫数字递归滤波器和阈值自动调整的相位解包算法成功地撮了等离子体干涉图的相位信息。论述了对干涉图样进行数字滤波时的设计考虑，给出了实验结果。实验表明，这种方法可用于快速、瞬态光学干涉图样相位信息的提取。     

基于光强迭代的单幅干涉图相位提取方法

提出了一种基于光强迭代的单幅干涉图相位提取方法,实现了对单幅干涉条纹图的高精度相位提取。首先通过对原始干涉图进行预处理得到初始相位;将初始相位引入到干涉条纹图的强度表达式中,利用最小二乘法初步得到背景光和调制光;再将初步估计的背景光和调制光代入最初干涉图的强度表达式中以求解待测相位,比较得到的待测相位和初始相位,若不满足迭代精度要求,则重复上述相位求解过程并实现迭代,若求解的相位与初始相位的均方根差值满足收敛条件,则停止迭代。进行仿真和实验研究,得到的Φ100 mm口径平面元件的测量提取结果与实际相位一致。结果表明,该方法在具有较高检测精度的同时能够有效地保证算法的稳定性。     

周期调制互关联双态噪声驱动过阻尼谐振子系统的随机共振

采用统计平均法,研究了噪声间关联强度受周期信号调制的加性和乘性双态噪声驱动过阻尼谐振子系统中的随机共振现象,分析并讨论了周期调制互关联条件下互关联强度对系统随机共振的影响。研究发现在适当的噪声和信号强度下,逐步增加噪声间互关联强度,随机共振峰也经历一个非单调变化过程。     

基于极限环的舰船噪声信号非线性特征分析及提取

特征分析及提取是目标分类识别的重要环节．首先应用非线性分析方法分析了舰船噪声的极限环现象,结果表明振动噪声作为舰船噪声的主要成份,其极限环在相空间上存在倍周期或混沌行为．其次,利用分形维数和分布密度比来描绘舰船噪声在相平面上极限环的奇异性和空间形状,并给出了一种新的分维数计算算法．最后,以此作为舰船目标的特征参数送入神经网络分类器用于分类识别水面和水下两大类目标．实验结果表明。从噪声极限环中提取的非线性特征能较准确地区分我们现有的水面和水下两大类目标．、为舰船噪声信号的特征提取提供了一条新的思路     

光寻址电位传感器的正交相位检波检测方法

光寻址电位传感器的幅度检测方法易受噪声干扰,灵敏度差,信噪比和精度低,且受调制光源的影响较大,影响检测结果的准确性.为此提出了一种基于正交相位检波的光寻址电位传感器检测方法.该方法是将光寻址电位传感器的输出光电流信号分别与两路正交信号相乘,通过低通滤波提取直流分量并相除,即可得到光寻址电位传感器的输出信号相位信息.与已有的光寻址电位传感器相位检测方法相比,该方法具有算法复杂度低、实时性高的优点.实验研究了调制光源光强对光寻址电位传感器幅度检测和相位检测的影响,对比分析了光寻址电位传感器的传统幅度检测方法与正交相位检波检测方法对pH检测的灵敏度、线性度及信噪比.结果表明,相比于幅度检测方法,调制光源光强对光寻址电位传感器的相位检测影响更小,在频率为10 kHz,pH的范围为1.68~10.01的情况下,相位检测方法比幅度检测方法测得的灵敏度增加了7 mV/pH,精度提高了14.9 mpH,非线性误差减小了0.003%,均方差减少了0.1051×10^-5,信噪比增加了8.2827 dB.该方法特别适用于弱光下的光寻址电位传感器检测.     

针对光栅图像的快速盲去噪方法

基于正弦光栅条纹投影的三维测量技术是当前研究的热点问题。然而,受噪声的影响,采集到的光栅条纹图像质量降低,导致提取的相位发生扰动,而相位的提取结果直接决定着测量结果的准确性。实际测量中噪声未知,针对这一问题,本文提出了一种盲去噪方法。首先,根据残差模型,完成光栅条纹图像的真值图像与噪声图像的分离,然后,引入主成分分析技术估计出噪声图像的方差值。最后,根据噪声方差的估计值,利用基于相图的高斯滤波方法,将针对多帧光栅图像的噪声滤波转换到提取的相位图上完成。由实验结果可知,和对比方法相比,本文方法的均方根相位误差最高下降了88.5%,所提方法处理后的相位更加接近测量体的真值相位。本文方法可在最短的执行时间内实现对噪声导致的相位扰动进行抑制。所提方法能够快速处理光栅图像噪声引起的相位误差,在光栅投影测量中具有较强的实用性。     

舰船噪声的$1 \\frac{1}{2}$维谱特征提取

证明了$1\\frac{1}{2}$维谱的几个基本性质,分析了由此产生的几种优良性能:可加强成整数倍谐波信号的基频分量,抑制高斯有色噪声及对称分布的噪声;剔除非二次相位耦合的谐波分量。在此基础上,将$1\\frac{1}{2}$维谱应用于舰船噪声的目标特征分析,提出井提取了7个特征量。经过神经网络分类器的分类识别,取得了较高的识别率:A类船的正确识别率为90%,B类船的为91.3%,C类船的为85.7%。     

弹光调制傅里叶变换光谱相位校正及DSP实现

弹光调制傅里叶变换光谱仪(PEM-FTS)具有调制速度快、信息量大的特点,但采样位置偏差会导致干涉图存在相位误差,影响复原光谱的准确性。因此,必需采用一种运算速度高的相位校正方案。以300 K黑体为辐射源,通过弹光调制干涉具产生干涉数据,并在TMS320C6713DSP芯片上,采用Mertz法对弹光调制干涉图进行相位校正。首先提取出一幅完整周期的双边干涉图,经过切趾处理后,以零光程差点为中心计算小双边干涉图的相位误差,再通过插值补零得到整幅干涉图的相位误差,求出整体干涉图的频谱并进行相位修正。采用二范数定义校正后反演光谱的精度,以计算定时器周期寄存器值的方法设置DSP定时器,以统计代码的运行时间,并通过观察链接命令文件.cmd中程序与数据的分配存储情况,来对比分析Mertz法与模平方法的校正结果。实验结果表明,在DSP上实现相位校正时,Mertz法相位校正方案具有运算速度快、占用存储空间少、误差较小等特点,并且Mertz相位校正法的运算时间较模平方法快20倍,适用于对PEM-FTS干涉图进行高速准确的相位校正。