本文選題：欠定盲源分離　切入點：稀疏分量分析　出處：《哈爾濱工程大學(xué)》2014年博士論文

【摘要】：在電磁環(huán)境及電磁干擾測試過程中,由于源信號數(shù)目未知且常因測試資源有限導(dǎo)致接收信號數(shù)目較少,使得接收信號數(shù)小于源信號數(shù)的情況時常出現(xiàn)。若直接從混合信號中提取通信信號參數(shù)或?qū)Ω蓴_源定位、故障排查,難度很大。通常情況下,應(yīng)該先將混合信號分離,目前盲源分離可以在僅有觀測信號的情況下基于一些假設(shè)條件分離混合信號,但是這些算法大多適用于超定或正定情況,對混合信號數(shù)目小于源信號數(shù)目的欠定情況分離效果不佳。因此,本文就更符合實際情況的欠定盲源分離展開研究,以電磁環(huán)境下的典型通信信號和電磁干擾中常見的諧波干擾為研究對象,基于信號的稀疏性假設(shè)條件,將欠定問題轉(zhuǎn)換為正定或超定問題,實現(xiàn)信號的分離。具體工作概括如下:針對本文的應(yīng)用對象——電磁領(lǐng)域中的典型信號,分析幾種典型的通信信號和電磁干擾測試信號的稀疏特性,其中,典型通信信號包括調(diào)頻信號、調(diào)幅信號、跳頻信號、超寬帶信號,電磁干擾測試信號則考慮由晶振等造成的諧波干擾信號。在分析典型電磁信號之前,首先介紹了信號稀疏性的相關(guān)理論知識,并給出了幾種時頻分析算法,令信號在其稀疏性最充分的域中進行分離。經(jīng)過對電磁典型信號的時頻分析,將這些信號分為兩類,一類是在單獨域中稀疏的信號,包括時域稀疏和頻域稀疏,另一類是在聯(lián)合域中稀疏的信號,即時頻域稀疏。針對這兩類信號展開深入研究。針對單獨域稀疏的信號,提出一種基于Hough加窗法和修正子空間法的欠定盲源分離算法。首先,采用鄰域比值法提取單源主導(dǎo)區(qū)間,提高信號的稀疏性。然后,采用Hough加窗法估計源信號數(shù)目和混合矩陣。該方法將直線聚類問題轉(zhuǎn)換為峰值點搜索,通過加窗處理提高了算法的準(zhǔn)確性,避免了已有算法在搜索聚類峰值點時容易陷入局部最大,導(dǎo)致搜索結(jié)果誤差較大或錯誤,且易受因噪聲或信號稀疏性不理想帶來的異常值的影響。另外,許多聚類算法要求已知聚類數(shù)目,本算法則不需要該先驗信息,放寬了算法適用條件。在估計出混合矩陣的條件下,先從理論上詳細(xì)分析了子空間投影法分離混合信號時存在的不足,指出該算法在主導(dǎo)源信號數(shù)目少于設(shè)定值時會引入額外噪聲,并在此基礎(chǔ)上提出一種修正子空間法,不僅可以估計出任意時刻主導(dǎo)源信號的數(shù)目,減小額外噪聲的影響,還可以分離任意時刻主導(dǎo)源信號數(shù)等于混合信號數(shù)的情況。仿真結(jié)果驗證了算法的有效性。針對聯(lián)合域稀疏的信號,提出一種基于特征分解聚類和加權(quán)最小l1范數(shù)法的欠定盲源分離算法。首先,計算混合信號的四階累積量,利用四階累積量對高斯噪聲不敏感的特性,估計不同搜索域內(nèi)主導(dǎo)源信號的數(shù)目,為混合信號的分離奠定基礎(chǔ),并將特征值數(shù)目為一的采樣點提取出來作為單源主導(dǎo)區(qū)間;然后,計算單源主導(dǎo)區(qū)間內(nèi)采樣點的自相關(guān)函數(shù)并進行特征分解,對所有時頻點得到的最大特征值對應(yīng)的特征向量進行聚類,聚類結(jié)果就是混合矩陣的估計。該方法不直接對觀測信號進行聚類,提高了算法的準(zhǔn)確性;最后,結(jié)合四階累積量得到的主導(dǎo)源信號數(shù)目,通過尋找與最小l1范數(shù)解最接近的若干次優(yōu)解,將得到的次優(yōu)解和最小l1范數(shù)解加權(quán)疊加后代替最小l1范數(shù)解,降低了算法對源信號的稀疏性要求。仿真結(jié)果驗證了算法的有效性。以諧波電磁干擾信號為研究對象,考慮因測試頻帶寬、耗時長、資源有限導(dǎo)致測試結(jié)果偏少的特點,針對兩個混合信號的情況進行研究,提出一種無約束梯度下降法。首先對電磁干擾信號進行預(yù)處理,去除幅度影響,增強信號的稀疏性,采用Hough加窗法對混合矩陣估計;然后,將帶約束的分離問題轉(zhuǎn)換為無約束的優(yōu)化問題,并給出初始值、迭代步長及終止條件的選取,在初始值選取中提出內(nèi)點法和夾角差排序法,修正了最小夾角法對混合矩陣列向量的選取標(biāo)準(zhǔn),實驗結(jié)果表明無約束分離算法的分離精度等同于最短路徑法、最小l1范數(shù)法,但效率提高了很多。仿真數(shù)據(jù)和實測數(shù)據(jù)均表明了算法的有效性和可行性。另外,由于現(xiàn)有的很多電磁干擾測試數(shù)據(jù)是以圖片形式存儲,不便于數(shù)據(jù)的處理,故提出一種“像素—坐標(biāo)”策略的圖片曲線信息數(shù)據(jù)化的方法,進一步擴大算法的適用范圍。
[Abstract]:In the process of electromagnetic environment and electromagnetic interference test , since the number of source signals is unknown and the number of received signals is less due to the limited number of source signals , it is difficult to separate the signals . In this paper , we can estimate the number of dominant source signals in different search fields by using four - order cumulant to estimate the number of dominant source signals in different search fields . The results show that the method does not directly cluster observation signals and improve the accuracy of the algorithm . The results show that the method does not directly cluster observation signals and improve the accuracy of the algorithm .

【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TN911.7

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本文編號：1685002