噪声环境下水声信号瞬时盲源分离方法研究

噪声环境下大多数盲源分离算法性能大大降低。提出了一种适用于噪声环境的基于子带分解的瞬时盲源分离算法。通过修正白化矩阵和选取合理子带降低盲源分离过程中由噪声产生的不利影响。仿真实验表明,采用基于子带分解的瞬时盲源分离算法能够较好地实现噪声环境下水声混合信号的分离;进一步研究表明,该算法在噪声环境下表现出良好的稳健性。     

基于阵元接收信号幅度信息的频域盲分离排序算法

排序模糊性问题是影响频域盲源分离算法分离性能的主要原因之一。对于提出了一种新的解决频域盲源分离排序模糊性问题的算法。该算法通过提取阵元接收信号每个频率点上的幅度衰减信息,采用k—means聚类算法将线性分离算法所得分离信号进行归类,来解决排序模糊性问题。该排序算法对阵列阵元排布方式,阵元间距等没有特殊的要求,并且适用于任意数量混合信号的盲分离系统。仿真实验证实了这种开发阵元接收信号幅度衰减信息的排序算法在绝大多数频率点上有效地解决了排序模糊性问题,是一种计算量相对较小而又简单有效的排序算法。     

应用JADE盲分离算法分离统计相关源

在一些如故障诊断等复杂的应用系统中，不相关源与相关源往往以相互混合方式同时存在于传感观测中。由于相关源不满足盲源离理论有关源的统计独立性前提假设，因此现有的盲源分离算法如基于矩阵联合对角化的算法等，无法从混有相关源的传感观测中准确分离源信号(不相关源信号和相关源信号)。本文在基于矩阵联合对角化的盲分离算法的基础上，提出通过对其源估计进行修正的相关源分离算法。理论分析和仿真结果表明：修正后的基于矩阵联合对角化的盲分离算法，能有效地分离包含相关源的混合观测信号。     

盲卷积分离及其在机械振动信号消噪中的应用研究

盲源分离应用于机械振动信号的预处理中，提供了一个新的处理机制，在机械状态监测和故障诊断中具有一定的价值。本文研究了盲卷积分离的理论，提出了基于限值VQM检验控制准则的盲分离算法，根据机械振动信号的特点探讨了该方法在机械振动信号瞬态成分和噪声卷积混叠信号分离中的应用，有效地提取了瞬态成分，表明了算法的有效性。     

双通道定位与盲分离结合的噪声分离方法

探索双通道定位算法与盲源分离相结合进行噪声分离的可能。根据双通道空间定位理论,以声音传播过程中在双通道间产生的延时差和强度差为线索对混合信号进行分离。当待分离的辐射噪声中存在时频混叠或同一位置多个源时,双通道定位分离算法能分离出不同位置处源信号,然后利用盲源分离方法对同一位置处的多个源信号进行再分离。在Roomsim中进行分离方案的可行性验证,假设房间六个壁能100%吸收所有频率信号,不存在反射与混响,对比分析声源位置及个数对分离结果的影响。结果表明,当源位置的个数不大于3时,双通道定位分离算法能有效分离出不同位置的声源信号,用盲源分离方法可进一步分离出相同位置处的不同源信号,但当源位置个数大于等于4时双通道定位分离算法的分离性能降低。     

一种功能增强的信号源盲分离新算法

提出了一种新的信号源盲分离算法，该算法不仅能够有效地求解源信号中同时存在超高斯信号和亚高斯信号的杂系混合（hybrid mixture)的信号源盲分离问题，而且能够准确地估计未知信号源的数目，因而具有比一般盲分离算法更广得多的应用范围，对于杂系混合盲分离问题，一般的盲分离算法往往不能求解，现有的绝大多数盲分离算法总是假设信号源的数目是已知的，这在多数背景下是不适用的，从而大大限制了信号源盲分离这一信号处理方法的实际应用范围，通过利用概密度函数估计的核函数法对信号源盲分离算法中的评价函数（score function)直接进行估计，并利用混合信号样本自相关矩阵的秩数与未知信号源数目的内在联系，使这两个关键性的问题在所提出的盲分离新算法中都得到了非常成功地解决，算例证实了算法的有效性。     

用慢特征分析算法实现水声信号盲分离

在常规的水声信号盲处理研究中,通常都是用独立成分分析算法分离线性混合信号,而对于较复杂的非线性混合信号,独立成分分析算法无能为力。针对这种情况,提出将慢特征分析(Slow Feature Analysis,SFA)算法应用于水声信号非线性盲源分离领域。一般而言,对源信号做非线性混合变换后输出混合信号较源信号变化较快,而采用SFA算法可以从复杂的非线性混合信号中提取出变化缓慢的信号,通过仿真实验,分别对简单信号和复杂水声信号的非线性混合信号进行分离,通过将源信号与分离信号对比,发现SFA算法输出信号与源信号高度相似,验证了SFA算法在非线性盲源分离领域应用的有效性和可行性。     

机械声源信号的带通滤波盲分离

盲源分离是一个很独特的盲信号分析与处理工具，在机械设备状态监测与故障诊断领域有较好的应用前景。但在实际应用于机械源信号分离中，效果尚不够理想。特别是，当传感观测中存在高斯噪声或调制源时，往往无法获得准确的源波形恢复。本文在分析现有盲源分离算法的基础上，提出一种新的、基于带通滤波的改进盲源分离方法。仿真以及实际的机械声源信号分离实验结果证实了新方法的有效性。     

卷积混合语音的联合块对角化盲源分离算法

针对语音卷积混合模型,提出了一种新的时域盲源分离算法。首先对观测信号进行重新排列,将卷积混合盲分离问题转化为瞬时混合盲分离问题,然后对联合近似对角化算法进行了推广,利用语音的非平稳和短时平稳特征定义联合差分相关矩阵和联合块对角化代价函数,通过鲁棒的白化过程和求解最优化问题实现卷积语音的盲分离。由于避免了时域卷积运算和变换域处理,使算法更加简单,复杂度更低。仿真结果验证了该算法的有效性,同时,就数据长度参数变化对信干比的影响,以及通过与基于线性预测的卷积盲分离算法和自然梯度卷积盲分离算法的比较对该算法的性能做了进一步的分析。     

基于BSS的含噪声机械振动信号分离研究

水下航行器的噪声源识别面临的两个问题(:1)无法获得振源信号(,2)测得振动信号有环境噪声影响且振源之间相互耦合。将环境噪声作为一个独立的噪声源,给出瞬时混合信号的盲源分离(BSS)数学模型;利用基于二阶统计特性的两次去相关盲源分离算法,对机械振动加白噪声的混合信号和水池试验实测混合信号进行分离;通过试验验证两次去相关盲源分离方法可以用来解决上述问题。     

基于自相关降噪的混叠转子振动信号分离

航空发动机在运行过程中,传感器测得的振动信号是各振源的混叠信号,且含有很强的噪声。常规的信号处理方法难以分离混叠信号,对机器的健康监测和故障诊断造成了很大的困难。介绍了盲源分离基本原理和方法,指出盲源分离算法在强噪声环境下失效。针对强噪声环境下的混叠振动信号,提出首先通过时延自相关降噪方法对振动信号进行降噪,然后通过盲源分离算法对降噪后的信号分离。仿真结果验证了提出方法的有效性。最后,利用该方法对实测混叠转子振动信号成功实现了降噪和盲分离,为噪声环境下的混叠信号分离提供了一种新的方法。     

柴油机振动信号盲分离组合算法

由于机械系统的振动信号能有效反映系统特征,对其进行盲解卷积能提供由混合信号中分离出源信号的可能性,为此提出机械系统振动卷积模型;将多通道盲最小均方差与缩减盲源方法结合提出MBLMS-TDS组合算法,且利用该算法对卷积混合信号进行盲解卷积验证算法的合理性;用该算法对柴油机表面混合振动信号进行分离,获得活塞撞击缸体信号与柴油机燃烧信号。     

水下耦合机械噪声源的量化识别及试验

目前水下机械噪声源及其传递路径识别效果较难。为此,将盲源分离算法和传递路径分析方法融合和集成。视多振源信号为卷积混叠,结合LU分解,提出一种新的非正交联合块对角化方法进行耦合振动源的分离。将分离振源作为工况传递路径分析方法的输入振源,建立水下机械振动噪声源识别算法,并对潜艇舱段模型的水下振动-声辐射试验对算法进行验证。结果表明,与现存方法相比,该盲源分离算法具有易实现、收敛速度快、精度高等优点;所集成的源识别算法在水下声场预报和振源贡献量排序中的性能均优于振源耦合时的结果,与实际情况吻合好,达到了高效、准确地识别机械噪声源的目的。     

基于Gabor变换和盲源分离的旋转机械故障诊断方法

传统的盲源分离方法要求源信号相互统计独立,但是实际机械设备很难满足这个条件。为此,提出了一种基于Gabor变换和盲源分离相结合的旋转机械故障诊断方法。首先通过不同混合信号的Gabor变换系数之间的相互关系,得到源信号间的公共频率成分,然后对观测信号进行滤波处理,得到新的观测信号,最后利用矩阵联合对角化方法进行分离,实现相关源信号盲分离。该方法突破了传统盲源分离方法中要求源信号相互统计独立且最多只能有一个高斯信号的限制,仿真和实验结果验证了该方法的有效性和可行性。     

一种用于语音增强的频域盲信号分离算法

研究了在未知声源信息和传声器空间位置的情况下,利用盲信号分离的方法实现语音增强。通过把基于信息论的信息最大化算法推广到频域,使得时域的卷积混合问题转变为频域的瞬时混合问题,进而就可以在每个频段分别进行独立分量分析,分离效果有明显改进,算法收敛性也得到提高。为了克服在频域中实现盲分离时所固有的位序不确定性和比例缩放问题对分离性能的严重影响,采用聚类的方法对每个频率段的分离结果进行排序。对真实环境中录制的语音、音乐混合信号和语音、语音混合信号进行了计算机仿真,分离之后使语音的信噪比提高了10-15dB,很好地实现了语音增强的目的。     

Beamspace blind signal separation for speech enhancement

Signal processing methods for speech enhancement are of vital interest for communications equipments. In particular, multichannel algorithms, which perform spatial filtering to separate signals that have overlapping frequency content but different spatial origins, are important for a wide range of applications. Two of the most popular multichannel methods are blind signal separation (BSS) and beamforming. Briefly, (BSS) separates mixed sources by optimizing the statistical independence among the outputs whilst beamforming optimizes the look direction of the desired source(s). However, both methods have separation limitations, in that BSS succumbs to reverberant environments and beamforming is very sensitive to array model mismatch. In this paper, we propose a novel hybrid scheme, called beamspace BSS, which is intended to compensate the aforementioned separation weaknesses by jointly optimizing the spatial selectivity and statistical independence of the sources. We show that beamspace BSS outperforms the separation performance of the conventional sensor space BSS significantly, particularly in reverberant room environments. K.F.C. Yiu is supported by RGC Grant PolyU. 7191/06E and the research committee of the Hong Kong Polytechnic University.     

基于频域盲解卷积的齿轮箱复合故障声学诊断

针对复杂声场环境中齿轮箱复合故障特征的提取,提出了一种基于频域盲解卷积的声学诊断方法。该方法通过形态滤波滤除非调制信号,结合改进复数固定点算法优选复独立分量,进而通过复独立分量J-散度解决独立分量间次序不确定性问题,计算机仿真及实际环境下齿轮箱复合故障声信号提取实验验证了算法的有效性。论文最后指出了未来需要进一步研究的主要问题。     

基于EEMD-SCBSS的岩石声发射信号去噪方法

针对岩石声发射(AE)信号的低信噪比、随机性强、非平稳性等特点,提出了一种基于总体经验模态(EEMD)及单通道盲源分离(SCBSS)的AE信号滤波方法。将含有背景噪声的AE信号进行EEMD分解,得到一系列按频率从高到低排列的本征模函数(IMF);提取高频背景噪声信号与观测信号构建虚拟多通道观测信号;利用快速不动点优化算法(FastICA)对构建的虚拟多通道观测信号进行盲源分离(BSS),进而得到滤波后的AE信号。通过构造含噪声AE信号进行数值仿真实验及实测数据分析,将基于EEMD及SCBSS滤波方法与小波阈值滤波方法进行比较。实验结果表明:小波阈值滤波方法会导致滤波后的AE信号频域信息失真,影响滤波后的AE信号上升时间,能量等参数识别;该方法可以对含噪声AE信号进行有效地滤波处理,能够较好地滤除AE信号中的非平稳随机噪声,并且能够保护滤波后的AE信号频域信息。     

基于R-SOBI的结构模态参数辨识方法

提出了一种基于稳健SOBI算法提取结构/系统的频率、阻尼比及模态振型的方法。运用该法提取系统/结构模态参数的步骤为:首先利用稳健SOBI的盲源分离方法采集的信号进行分离,然后将分离矩阵作为结构/系统的模态振型矩阵,最后再对各个分离后的单自由度信号提取频率、阻尼比参数。研究结果表明,提出的方法可以准确提取出结构/系统的模态参数,尤其是即使噪声环境下仍然能准确提取出系统的模态振型矩阵。