基于CEEMDAN和小波熵的心音信号去噪算法研究

针对传统心音去噪算法可能丢失部分重要心音信息问题，提出了一种自适应噪声完备经验模态分解(CEEMDAN)和小波熵结合的心音信号去噪算法。算法通过CEEMDAN将心音信号自适应分解成多个本征模态函数(IMFs),基于各阶本征模态的能量分析判别信噪分界点，对含噪IMF分量采用小波熵自适应阈值去噪后，与信号IMF分量重构，得到去噪后的心音信号。仿真结果显示，在不同信噪比条件下，上述算法均能明显提高心音信号的信噪比，降低均方根误差，优于其它传统去噪算法，具有良好地抑制噪声能力。     

基于总体平均经验模态分解的语音增强算法研究

总体平均经验模态分解EEMD(Ensemble Empirical Mode Decomposition)虽然能够在一定程度上抑制模态混淆,但添加的白噪声不能被完全中和,对所有本征模态函数IMF(Intrinsic Mode Function)分量进行集成平均等增加了计算工作量。基于EEMD和结合小波阈值去噪思想,提出改进的EEMD方法。首先对原始信号进行EEMD分解,得到一系列IMF分量;其次对筛选后的每个IMF计算噪声强度;然后采用小波启发式阈值估计噪声并计算阈值;最后以软阈值的方式滤除每个IMF中噪声并重构信号还原出增强的语音。通过分析仿真信号和实测信号,结果表明:该算法对带噪语音有很好的滤波效果,与其他同类算法相比提高信噪比2~4 d B。     

基于EMD阈值算法的脉冲涡流信号消噪

针对脉冲涡流信号夹杂着较多的高频噪声,提出了一种新的经验模态分解阈值消噪算法。首先将信号分解为多个本征模态函数（Intrinsic Mode Function,IMF）,对信噪比低的高频IMF进行减小噪声能量处理后得到重组信号;再对重组信号进行EMD分解后根据白噪声统计特性对IMF筛选,对噪声含量多的IMF进行小波阈值消噪;最后将处理过的IMF与噪声含量少的IMF重构得到消噪后的信号。实验仿真的结果和数据表明,该方法可以减少失真,获得更高的信噪比,能够较好地消除噪声的干扰恢复出原始的信号。     

改进EEMD算法在心电信号去噪中的应用

集合经验模态分解（Ensemble empirical mode decomposition,EEMD）方法在去除心电信号噪声时,噪声本征模态函数（Intrinsic mode function,IMF）分量难以选择且将噪声分量直接去掉会导致信号失真。针对上述问题,提出了一种基于EEMD的自适应阈值算法。首先对含噪心电图（Electrocardiogram,ECG）数据进行EEMD分解,得到IMF,根据马氏距离进行信号IMF分量和噪声IMF分量的判定,然后通过果蝇优化算法确定噪声IMF的阈值,将经过阈值去噪的新的分量和剩余分量重构得到去噪后的ECG。最后,使用MIT-BIH数据库中的心电数据进行实验,实验结果表明,该方法在去噪同时能够较好地保留信号细节。     

基于EEMD和关联维数的小电流接地故障选线方法

针对小电流接地系统发生单相接地故障时,各线路零序电流的非平稳、非线性等复杂特性,提出一种基于总体模态分解(EEMD)和关联维数相结合的选线方法.EEMD算法是在经验模态分解(EMD)的基础上加以改进,能够消除模态混叠现象,同时保留了经验模态分解具有的良好的时频特性;EEMD能根据信号本身的特点对瞬时出现的信号进行分析,并将信号分解成若干个固有模态函数(IMF)分量和一个剩余分量.利用关联维数不易受噪声干扰特点,对分解的IMF信号分量进行处理,采用G-P算法计算关联维数,通过比较关联维数的大小选出发生故障的线路.仿真结果表明,该选线方法可靠性高且效果较好.     

GH3536合金选择性激光熔化微小缺陷超声检测

针对GH3536合金选择性激光熔化（Selective laser melting,SLM）工艺中,孔隙和裂纹等微小缺陷与完好区域的声阻抗差异小,超声检测缺陷回波不明显问题,提出基于变分模态分解结合小波分析的信号处理方法。首先对回波信号进行变分模态分解,分析不同分量与原始信号的相关性进行降噪重构,然后选择db7小波函数对信号进行3层分解,以极大极小规则进行硬阈值平滑处理,提取信号突变点来判别缺陷回波。仿真和实际测试结果表明：该方法比单一的经验模态分解及小波重构效果明显,能够检出加工层厚为0.15 mm的人工缺陷,为高温合金SLM成型工件超声检测回波信号微小缺陷识别提供了新方法。     

基于EEMD与改进提升小波的脑电信号消噪方法

为消除混杂在脑电信号中的噪声,提出一种总体平均经验模态分解(EEMD)与改进提升小波相结合的脑电信号消噪方法。利用EEMD算法将含噪脑电信号分解为若干个内蕴模式函数(IMF)分量,通过自相关函数特性法提取出由噪声主导的高频IMF分量,并运用改进提升小波进行消噪处理,将保留的低频IMF分量与消噪后的高频IMF分量进行叠加,从而得到消噪后的脑电信号。实验结果表明,与传统提升小波消噪方法以及改进的提升小波消噪方法相比,该方法的信噪比较高,均方根误差较低。     

基于经验模态－小波包分解和卷积神经网络的 Ｐ３００ 脑电信号分类研究

针对P300脑电信号信噪比低、随机性强及个体差异性大等问题,本文提出了一种将经验模态分解（EMD）和小波包分解（WP）相结合的滤波方法,并使用改进的卷积神经网络（CNN）对脑电信号进行分类识别。首先利用经验模态分解算法将原始脑电信号分解成若干个本征模函数（IMF）分量,并对每个分量进行频谱分析以去除主频段在0~30Hz以外的分量;然后,对保留的IMF分量进行小波包分解,根据P300电位的有效时频信息,选择合适的频段进行重构,再将重构后的各个本征模函数叠加,得到经过滤波后的脑电信号;最后,设计合适的卷积神经网络结构,对P300信号进行分类识别。本文使用国际BCI竞赛数据集对提出的方法进行验证。实验结果表明,两名被试的分类准确率分别为97.78%、95.56%,说明该方法能够有效的改善P300信号的识别效果（相比其他方法至少提升了2.78%,1.39%）,为进一步提高基于P300信号的脑机接口系统的性能提供了一种新的有效的途径。     

基于超声相控阵的角焊缝缺陷信号重构方法研究

在对接管角焊缝进行超声检测的过程中，由于检测的工件结构复杂并且仪器设备本身会受到电信号干扰，所以检测得到的A扫信号存在噪声，在检测图像中会出现“伪像”，从而造成检测困难。如果想要提高检测图像的质量，对于A扫信号的除噪尤为重要，所以提出小波去噪和经验模态分解相结合的角焊缝缺陷信号重构方法。首先分析接管角焊缝结构特点，进行相控阵检测试验，得到缺陷检测数据；然后着重分析了裂纹与未熔合缺陷信号，完成对其的经验模态分解与重构；最后通过对原始信号进行小波去噪及经验模态分解与重构，从而达到了比传统的算法更高的信噪比与更低的均方误差，说明本算法有更好的去噪效果，更有利于超声回波信号的分析。     

EEMD与RBF神经网络的太阳黑子月均值预测

太阳黑子月均值是典型的混沌时间序列,具有较强的非线性和非平稳特征,能够反映太阳活动的真实水平。采用一种应用集合经验模态分解（Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD）与径向基函数（Radial Basis Function,RBF）神经网络组合的预测模型。通过EEMD将原始时间序列分解为若干个不同时间尺度的本征模态函数（Intrinsic Mode Function,IMF）分量,并对这些分量进行建模预测,再将各分量的预测值重构得到原始时间序列的预测值,这样不仅降低了算法的复杂性,而且有利于提高模态分量包含信息的物理意义。仿真结果表明,与经验模态分解（Empirical Mode Decomposition,EMD）结合RBF神经网络的模型相比,该模型具有较高的预测精度。     

基于变分模态分解和高阶统计量的梯级故障诊断研究

自动扶梯是地铁车站内必不可少的大型公共交通设备,一旦发生故障,小则影响运营,大则引发安全事故;梯级作为自动扶梯的重要结构部位,其固定螺栓松动必然会导致自动扶梯运行异常;针对梯级振动信号故障特征难以提取的问题,提出了变分模态分解(VMD)和高阶统计量(HOS)联合来对自动扶梯故障特征提取;该方法首先对原始振动信号进行VMD分解,得到K个固有模态分量(IMF);然后对主IMF分量进行奇异值分解(SVD)降噪,对去噪后的主IMF分量进行重构得到新的信号;最后通过高阶统计量对新的信号故障特征提取,并利用随机森林分类算法对三类不同的振动信号样本进行分类识别,确定梯级振动故障类型;实验结果表明,该方法可以有效地提取故障特征,实现故障诊断与分类。     

基于超声相控阵的聚乙烯管道缺陷信号重构方法研究

在对聚乙烯管道缺陷进行超声检测的过程中,由于聚乙烯材料中传播的声速小,散射噪声强,信噪比极低,并且仪器设备本身会受到电信号干扰,从而影响缺陷成像的结果。因此针对A扫信号进行数据处理以提高检测图像的质量尤为重要。另一方面,采用阵元数较多的超声相控阵探头进行不同类型的聚乙烯管道缺陷的数据采集时,将会得到大量的缺陷数据,对存储、传输和处理带来各种困难。而针对传统方法进行压缩感知时,如果信号的信噪比较低而重构均方误差较大,则很难保留信号中重要信息,在低码率下更容易产生细节丢失的问题。所以本文提出一种基于K-SVD超完备字典学习的稀疏表示缺陷信号压缩重构方法,借助该学习算法训练过完备字典,并选择高斯随机矩阵为观测矩阵和正交匹配追踪算法(OMP)为重构算法对聚乙烯管道缺陷回波信号进行压缩感知,同时分析字典元素个数与迭代次数等参数变化对重构信号与成像效果的影响。     

静息态下基于变分模态分解的生命体征检测

传统的无线生命体征监测方法在心跳和呼吸信号的分离方面容易存在谐波残留现象,针对这一情况,提出了一种基于变分模态分解（VMD）的生命信号检测方法。该方法使用毫米波段调频连续波（FMCW）雷达进行生命体征信号获取,根据心跳及呼吸的频率特征,使用VMD算法将主要信号分解为不同模态,保证了各模态之间信号频率范围互不重叠,分离出较为完整且无谐波残留的呼吸及心跳信号。实验结果表明,所提算法能够有效提取出目标的呼吸及心跳信号,且相比传统的模态分解算法具有更高的鲁棒性和稳定性,具有良好的信噪比（SNR）,提高了测量精度和距离。     

基于PCA和SVM的管道腐蚀超声内检测

为了有效地对不同深度的局部腐蚀缺陷超声波信号进行分类识别,根据腐蚀缺陷信号样本数量较少的特点,提出了一种基于主成分分析(PCA)和支持向量机(SVM)的超声波腐蚀缺陷信号识别方法.该方法采用经验模态分解法对腐蚀缺陷信号进行分解,提取各本征模式分量的时域无量纲参数,利用主成分分析消除原始特征集中的冗余信息,降低每一个特征之间的相关性,实现腐蚀缺陷信号特征参数的降维.在PCA进行特征优化后,将支持向量机的多类分类应用于缺陷分类过程中.将腐蚀缺陷原始特征集和经主成分分析优化后的特征集,分别用于支持向量机的训练和测试,且选择不同的核函数构造支持向量机分类器.实验结果表明,基于主成分分析和支持向量机的方法可以有效地对超声波腐蚀缺陷深度信号分类.     

电磁超声扭转波检测钢管缺陷的实验研究

扭转模态T(0,1)超声导波具有无频散的特点,便于信号分析与处理。在分析电磁超声扭转波传感器换能原理的基础上,搭建了电磁超声扭转波钢管缺陷检测实验平台,采用350 kHz的T(0,1)模态导波,在Ф25 mm×2800 mm壁厚2.5 mm的钢管上检测出20%壁厚损失的周向平底刻槽与Ф5 mm通孔缺陷,检测信号的信噪比较高。实验结果表明:这种电磁超声扭转波方法可以应用于钢管缺陷检测。     

陶瓷基复合材料粘接构件超声特征研究方法

新型航天器机体外层陶瓷基复合材料隔热构件在粘贴过程中会产生缺陷,不利于航天器的飞行安全.针对一种陶瓷基多孔复合材料粘接结构构件,利用自主研制的超声C扫描自动检测系统,研究构件粘接层缺陷的超声检测特征.考虑材料多孔性和各向异性会导致超声数据多噪音,采用自适应小波阈值算法对超声信号进行去噪,从而提高透射声波的信噪比.在此基础上,提出采用Hilbert-Huang变换(HHT)和伪Wigner-Ville分布(PWVD)相结合的方法对透射声波进行时频分析,得到时间、频率和幅值的三维分布,从而获得超声透射波最大幅值和对应的时间和频率.通过对比缺陷处与非缺陷处超声透射信号的时频域分布,揭示了该类新型陶瓷基复合材料粘接缺陷对超声信号的影响特点.     

引入偏移量递阶控制的网络入侵HHT检测算法

在强干扰背景低信噪比下对网络潜质入侵信号的准确检测是决定网络安全的关键。传统的Hilbert-Huang变换(HHT)入侵信号检测算法在求解入侵信号的瞬时频率特征时,因包络线失真引起的边界控制误差,会造成频谱泄漏,从而导致检测性能较差。提出了一种基于时间-频率联合分布特征和偏移量递阶控制HHT匹配的网络入侵信号检测算法,即构建网络潜质入侵数学演化模型,把复杂的入侵信号分解成IMF单频信号,得到入侵检测系统的状态转移方程,基于Hilbert变换对入侵信号进行离散解析化处理,构建入侵信号解析模型。对每个入侵信号经验模态分解后的解析模型IMF分量用Hilbert变换进行谱分析,通过递阶控制调整HHT频谱偏移,将残差信号投影与入侵信号的Hilbert边际谱进行匹配,减小包络线失真引起的边界控制误差,抑制频谱泄漏,实现对入侵信号的精确检测和参数估计。实验表明,该算法进行网络入侵信号检测时,具有较强的抗干扰性,能从低信噪比背景下有效检测出入侵信号,检测性能有较大提高。     

基于鲸鱼算法优化LSSVM的滚动轴承故障诊断

针对轴承振动信号中的故障特征难以提取的问题,提出一种基于改进的鲸鱼算法优化最小二乘支持向量机(least square support vector machine, LSSVM)的故障分类方法.首先,利用变分模态分解(variational mode decomposition, VMD)对原始信号进行分解,使用中心频率法解决VMD中分解参数K值的选取问题;其次,计算每个IMF分量的多尺度排列熵值,提取信号故障特征;再次,针对鲸鱼算法(whale optimization algorithm, WOA)收敛速度慢和精度低的问题,引入冯诺依曼拓扑结构和自适应权重进行改进,可以适当地调整全局搜索能力和局部搜索能力之间的平衡;最后,采用改进后的鲸鱼算法优化LSSVM核函数的参数和惩罚因子,建立滚动轴承故障诊断模型,并利用美国凯斯西储大学提供的轴承数据集进行仿真实验.实验结果表明,所提方法的故障分类性能更好,准确率更高.     

基于磁致伸缩电磁超声导波的钢板焊缝缺陷检测

针对工业现场使用压电超声波检测焊缝缺陷时需使用耦合剂的问题,研究了通过无须耦合剂的基于磁致伸缩电磁超声对薄钢板焊缝中缺陷进行检测的方法,并且针对电磁超声换能效率低、信号微弱的问题,通过仿真优化了回折线圈结构参数,选择了三分裂回折线圈,并探究了导波频率对缺陷检测灵敏度的影响。仿真结果表明:相比于无分裂线圈,选择三分裂回折线圈后激励信号面内位移幅值提高了94.2%,随着导波频率增加,缺陷反射回波幅值表现出先增大再减小的变化规律。实验结果表明:S0模态Lamb波垂直入射焊缝时,焊缝本身产生的回波与缺陷信号相比相对较小,缺陷检测阈值达到1 mm,缺陷定位误差小于2 mm,证明了电磁超声导波具备检测焊缝中毫米级缺陷的能力。