浅析分数低阶非高斯噪声的特性

噪声是目前现代数字信号处理分析的主要对象之一,利用比较法简单分析分数低阶非高斯噪声的定义及特性,为进一步探索分数低阶非高斯噪声的时频特性及其谱估计的应用指明了方向.     

一种非白非高斯数据的数值仿真方法

使用复合抽样法,可以产生具有指定概率密度形式的加性分布非高斯序列。通过在极零图上直接指定数对极零点,可以实现定性色化低阶自回归滤波器设计。把非高斯激励序列通过自回归滤波器,即可得到非高斯信号处理仿真研究中频繁使用的非高斯有色序列。结合一组混合高斯有色数据数值仿真实例,演示了这一由复合抽样法加定性色化构成的非白非高斯数据快捷数值仿真方法的有效性。     

非高斯噪声激励下非线性漂移Fokker-Planck方程的非稳态解及其应用

非高斯噪声广泛存在于各种非线性系统,对非高斯噪声所驱动系统的非稳态演化行为进行研究可以更为深入的了解其内在的演化机理．本文对非高斯噪声和高斯白噪声共同驱动的非线性动力学系统的非稳态演化问题进行研究．首先应用格林函数的 $Omega$ 展开理论在初始区域对非线性动力学系统进行线性化,然后结合本征值和本征矢理论推导出了该系统 Fokker-Planck 方程的近似非稳态解的表达式,最后以 Logistic 系统模型为例分析了非高斯噪声强度,关联时间及非高斯噪声偏离参数对非稳态解以及一阶矩的影响．研究结果表明,用 Logistic 模型描述产品产量增长时,其非稳态解可更好地反映产品产量在不稳定点附近的演化行为．     

基于类高斯模型的显微图像固点噪声定位算法

针对显微图像固点噪声的特点和技术要求,本文提出类高斯模型和相应的固点噪声检测方法.首先,利用显微图像序列的时间相关性,计算类高斯模型中图像序列相同位置像素彩色分量的均值和方差;然后,根据彩色分量均值图像用最大类间方差法计算彩色分量的自适应阈值,用均分法计算彩色分量方差的自适应阈值;再者,根据阈值对图像序列中的每个像素进...     

非高斯噪声中随机信号的渐近最优检测

本文研究了非高斯噪声中随机信号的检测问题。基于随机信号的参数模型和广义似然比检测理论,导出了非高斯噪声中随机信号Rao检测的数学解析式,其检测性能渐近等同于广义似然比检测但计算更有效。仿真结果表明,该检测器性能大大优于传统的能量检测器以及高斯噪声假设下的广义似然比检测器。     

基于高斯混合模型的非高斯随机振动幅值概率密度函数

针对非高斯振动信号的幅值概率密度函数难以用数学模型表述的问题,提出了基于高斯混合模型的非高斯概率密度函数表示方法。首先,基于时域样本信号得到非高斯振动信号的高阶矩估计值。其次,基于高斯随机过程偶次高阶矩之间的定量关系,结合二阶高斯混合模型建立方程组,求解得到混合模型中每个高斯分量的方差和权值。然后,将各高斯分量的权值和方差代入高斯混合模型,得到适用于对称非高斯振动信号的幅值概率密度函数。最后,通过仿真信号和实测振动信号,验证了该方法的有效性和适用性。     

非高斯噪声和正弦周期力激励的阻尼谐振子系统的信息熵

阻尼谐振子广泛应用于固体理论、量子场论、量子力学和量子光学等不同的研究领域．信息熵在研究随机系统的动力学特性方面扮演着非常重要的角色．本文对非高斯噪声和正弦周期力激励的阻尼谐振子系统的信息熵变化率进行研究．首先通过路径积分近似,把非高斯噪声近似转化为高斯色噪声,得到了系统的Fokker-Planck方程,然后利用线性变换的方法简化了系统的Fokker-Planck方程,并结合Shannon信息熵的定义和Schwartz不等式原理得出了阻尼谐振子系统的信息熵变化率上界的表达式,最后分析了非高斯噪声和系统各参数对熵变化率上界的影响．     

非高斯噪声激励下分段非线性系统的平均首次穿越时间

噪声诱导的逃逸问题出现在众多研究领域,平均首次穿越时间作为用来表征粒子逃逸现象的重要特征量,现已被广泛应用于电子器件的开关时间及双稳器件的寿命等问题的研究之中.本文研究了由乘性非高斯噪声和加性高斯白噪声共同驱动下分段非线性系统的平均首次穿越时间问题.运用路径积分法、统一色噪声近似和最速下降法,得到了系统平均首次穿越时间的表达式.通过数值计算发现,在非高斯噪声偏离参数、噪声关联时间和互关联强度的作用下,非高斯噪声强度的增加会导致平均首次穿越时间曲线出现单峰结构,而加性噪声强度的增加会导致平均首次穿越时间的单调减小,这表明在该模型中非高斯噪声和高斯噪声对平均首次穿越时间的影响是不同的.此外还进一步讨论了非高斯噪声偏离参数、噪声关联时间和噪声互关联强度对平均首次穿越时间的影响.     

基于广义极值理论的非高斯风压极值计算方法

该文从广义极值理论出发,根据观察极值的相互独立性,推导了风压时程样本的极值分布参数与样本长度之间的关系式。以对风压时程样本的合理分段为手段,给出了一种由众多子样本极值的概率分布参数推算母样本的极值期望值的估算方法。最后,基于风洞试验数据,将该文所用方法与常用极值估算方法(Davenport法、Kown-Kareem法、Sadek-Simiu法和Quan等法)的计算结果进行了比较,表明该方法能更准确地估计非高斯风压的极值。     

基于高斯过程的简支梁桥概率性地震需求模型研究

该文旨在提出一种新的考虑异方差性并具有较高精度的概率性结构地震需求计算方法。针对典型简支梁桥,选取结构基本周期对应的谱加速度作为地震动强度指标,桥墩位移延性系数为工程需求参数,采用多条带分析方法对桥梁有限元模型进行非线性动力时程分析,并建立其地震需求样本集。基于高斯过程回归方法,分别建立单输出和多输出两种情况下的概率性地震需求模型,并将拟合结果与传统基于线性回归的地震需求模型进行对比分析。对概率性地震需求模型作进一步应用拓展,在定义墩柱不同损伤状态极限值的基础上,基于前述两种需求模型建立了桥梁的地震易损性模型。研究结果表明:基于高斯过程的概率性地震需求模型能够较精确地反映不同地震动强度下地震需求的概率特征,较好地刻画了对数空间下地震需求的异方差性;由两种模型生成的桥梁构件和系统易损性曲线存在一定差异,而采用基于高斯过程的地震需求模型能够对桥梁的抗震性能进行更合理而精确的概率性评估。     

东中国海夏季海洋环境噪声特性分析

海洋环境噪声不仅是水中目标探测的背景干扰声场之一,还可用以反演海洋物理参数。文章基于实测东中国海某海区夏季海洋环境噪声数据,分析其时频特性、统计特性以及风关特性。研究结果表明,试验期间该海区100 Hz以下频段的海洋环境噪声级约为110 dB,频率为100和300 Hz的海洋环境噪声级分别服从自由度为8和6的卡方分布,频率为1 kHz和3 kHz的噪声级服从正态分布;海况对低频海洋环境噪声级概率分布无明显影响,但是对高频段噪声级正态分布的均值和方差会产生一定影响;随着频率的增加,海洋环境噪声级与风速对数间的相关系数逐渐增大,1 kHz以上相关系数在0.6～0.7之间;100 Hz以上频段的噪声谱级基本不随深度发生变化。文中的结果可以为水中目标的探测以及浅海海洋环境噪声的应用研究提供技术支持。     

青岛近海航船相关海洋环境噪声谱级特性分析

为了了解航船以及禁渔政策对我国近海海域低频环境噪声特性的影响,文章分析了青岛近海航道区域和非航道区域的海洋环境噪声在25～500 Hz频段实测数据的1/3倍频程功率谱密度。结果表明,在30～100 Hz频段,航道附近海域海洋环境噪声谱级比非航道海域高大约5～10 dB;非禁渔期在150～400 Hz频段的海洋环境噪声谱级比禁渔期高大约4～5.5 dB。文章获取的近海低频环境噪声谱级特性,对了解和利用我国以及世界范围内近海环境噪声低频特性具有较重要借鉴意义。     

基于潜标的海洋环境噪声测量系统

对海洋环境噪声测量系统技术进行了研究,设计和实现了一种基于潜标的海洋环境噪声测量系统,并进行了海上试验.该系统采用潜标的布放方式,利用矢量水听器测量浅海海洋环境噪声场的低频噪声.矢量水听器同步测量声场空间一点处的声压和质点振速三个正交分量, 测量信号经预处理后,对信号进行数模变换,得到的噪声数据可以在潜标中自记录或通过水面浮标传输到岸站存储.对噪声测量方法进行的分析和海上试验的结果表明,该系统稳定可靠,能正确地拾取海洋环境噪声.     

远离航道海域低频海洋环境噪声垂直指向性

海洋环境噪声垂直指向性是声呐背景场的典型空间特性之一,既可体现噪声源的空间特性及其传播特性,还可用来反演海洋环境的特征参数。分析了南海某岛礁海域实测海洋环境噪声的垂直指向性,发现当接收阵远离航道时,低频海洋环境噪声垂直指向性的主瓣集中在-30°～30°范围内(0°对应水平方向),且水平方向不存在凹槽。基于舰船自动识别系统(Automatic Identification System, AIS)航船分布数据得到简化航道区域航船噪声源模型,利用3D射线声传播算法,结合实际岛礁海域地形数据,计算的低频海洋环境噪声垂直指向性与实测数据处理结果相符。研究结果表明,当接收阵距航道较远时,由航道航船引起的低频海洋环境噪声以接近水平方向入射垂直接收阵,研究结果可为声呐在远离航道海域的性能提高提供技术支持。     

浅海内波对环境噪声水平方向凹槽的影响

典型夏季海洋环境噪声垂直指向性水平方向经常出现一显著凹槽。采用三维声速场海洋环境噪声理论模型,分析了各阶简正波对垂直指向性的贡献,指出不同阶简正波的贡献不同,高阶简正波是形成水平方向凹槽的主因,低阶简正波起填补环凹槽的主要作用,无内波时海面噪声源激发低号简正波的能量较低,填补能力较差,水平凹槽显著;内波活动期,内波改变了声信号的传播路径,引起不同阶简正波耦合,低号简正波能量增强,其填补噪声水平凹槽的作用明显加强,高阶简正波能量减少,凹槽变浅。还探讨了凹槽填补程度与内波强度之间的关系,以及有内波时环境噪声垂直指向性随时间的变化。     

一种计算航船对近海海洋环境噪声贡献的算法

为了研究浅海中低频段的海洋环境噪声,文章构建了一种计算航船对近海海洋环境噪声贡献的算法,利用某海域航船信息,结合实际水文参数,对该海域的航运噪声进行了仿真计算。航船信息通过访问船舶自动识别系统数据库获取。主要关注50~400 Hz的中低频段,将仿真计算结果和实验数据进行对比,验证了算法的可靠性,并进行了误差分析。利用该算法可获取接收点处航船噪声的水平方向分布特点,并可初步定量分析航船噪声对海洋环境噪声的贡献。     

斜坡海底海洋环境噪声垂直指向性研究

为了解决斜坡海底地形的环境噪声高频建模问题,为三维环境噪声的进一步计算奠定了基础。在射线法的基础上,采用N×2D的近似算法,研究了斜坡海底情况下,均匀分布在海面上的噪声源所产生的环境噪声垂直指向性。考虑了海水吸收,海底反射,声速剖面对垂直指向性计算结果的影响。研究表明：三种因素均会对斜坡海底的噪声垂直指向性产生影响,其中声速剖面对其影响要大一些。     

两个宽带噪声矢量场模型的空间相关特性

针对宽带噪声矢量场的空间相关特性问题,文章讨论了各向同性噪声模型和表面噪声模型。在高频近似条件下,根据射线声学理论和简谐平面行波满足的欧拉公式,采用时域建模方法分别建立了宽带各向同性噪声和表面噪声矢量场模型。给出了噪声场相关函数的积分表达式和竖直方向空间相关系数的解析表达式。数值分析结果表明,相较于窄带噪声矢量场,宽带噪声矢量场各分量空间相关系数振荡幅度更小,随空间两点间距的增大更快地趋近于零;噪声源指向性对表面噪声场竖直方向上的空间相关特性的影响显著。相较于已有的宽带噪声空间相关系数计算方法,文中模型无需使用傅里叶合成方法,可通过时域建模直接获得宽带噪声空间相关函数。     

改进型遗传算法在环境噪声反演海底问题中的应用

利用浅海环境噪声进行海底特性反演一直是学者们研究的热门课题之一,当考虑两层海底时,由于待反演参数较多,基于传统遗传算法的反演策略往往使反演过程陷入局部最小值,从而无法找到全局最优解。针对两层海底的情况,计算得到了浅海环境噪声场空间相干性的表达式,并对传统遗传算法进行了改进,通过引进自适应交叉和变异算子以及能够保持种群多样性的小生境技术来提高反演算法的性能。通过数值仿真,验证了改进后的算法较传统算法能更好地收敛到真实值;并针对一次海试数据进行了海底特性反演,获得了较好的结果。     

典型非高斯分布假设下累积和检测方法性能研究

累积和检测方法是根据声呐目标信号出现与消失时概率密度函数（Probability Distribution Function,PDF）的变化进行有效的瞬态信号检测。以非高斯模型t分布假设替代传统的高斯分布方差变化假设作为描述瞬态信号的PDF形式,推导了累积和检验统计量的表达、更新量PDF求取的数值方法,利用快速傅里叶变换法计算了门限和自由度等检测参数。利用仿真的落水信号、船体加速信号和消声水池实验数据进行检验。结果表明,基于t分布假设的累积和方法对瞬态脉冲信号的检测效果优于常规累积和方法,能更快地响应信号变化,更好地抑制背景干扰。