基于LSTM神经网络的声发射信号识别研究

声发射检测不需要进入被检对象中进行检测,与其他无损检测技术相比具有实时性、整体性和高灵敏度等独特优势.早期参数分析、小波分析等方法在声发射信号特征提取上缺乏理论指导,具有一定主观性,BP神经网络应用于声发射信号识别中时网络训练容易陷入局部极值,LSTM神经网络可以对输入序列数据进行逐层学习并自适应提取特征,避免了特征的人工选择和提取,较好地解决了存在的问题.文中提出一种基于LSTM的声发射信号识别模型,在声发射信号z-score标准化基础上,对比不同学习算法、隐层神经元数、正则化dropout rate下的测试集正确识别率,优化声发射信号识别模型,与BP神经网络的声发射信号识别准确率进行对比,实验结果表明,LSTM神经网络在Adam算法中,当隐层神经元数为250,dropout rate为0.5时,声发射信号识别率最高且为76.51％,优于BP神经网络53.9％的最高识别率.     

北斗导航系统中天线阵的选择研究

北斗导航系统已经在军事以及民用导航方面起到了越来越重要的作用,虽然北斗信号通过使用扩频技术使其在一定程度上具有一定的抗干扰裕度,但由于其信号弱等特点,使其容易受到干扰的缺点越来越突出。干扰的多样性使得接收机仅使用时域或者空域滤波已经不能满足抗干扰的要求,并且在所有的干扰中,宽带干扰是对接收机影响最大的且最难滤除的干扰。针对这些问题,文章引入空时抗干扰技术。空时抗干扰技术在不增加阵元的情况下,增加了天线阵的自由度,从而有效地提高了抗干扰能力。空时抗干扰技术相对于单纯的频域、时域、空域抗干扰技术具有明显的优势,然而不同的天线阵对空时抗干扰的效果也有一定的影响。因此文章通过研究空时抗干扰技术中天线各阵列对宽带干扰的空时响应,以及各天线阵的改善因子,得到圆形天线阵不仅可以准确估计出干扰的方向角和俯仰角,并且其抗干扰效果最好,为北斗2代接收机的天线设计抗干扰处理提供了一定的理论基础。     

岸基北斗IGSO卫星反射信号相位测高

针对全球导航卫星系统反射信号的特性和我国北斗导航卫星系统反射信号在海面测高应用上的特点,证明了利用北斗倾斜地球同步轨道(IGSO)卫星反射信号对湖面和海平面进行岸基载波相位测高的可行性。实验分湖面和海面2组进行研究,用相位测高结果与实际测量结果对比的均方根误差(RMSE)描述测高结果的精度。在湖面岸基实验中,接收天线到湖面的相对高度为5.2m,IGSO7和IGSO10卫星相位测高结果的RMSE值达到厘米级,分别为3.23cm和4.98cm。在海面岸基实验中,海面的潮位高度差约2m,利用相位测高结果可以反演海面潮位。IGSO8卫星相位测高结果的RMSE为17.96cm,IGSO9卫星相位测高结果的RMSE为15.27cm,IGSO10卫星相位测高结果的RMSE为16.38cm。通过分析IGSO卫星仰角的变化,发现较大的卫星仰角变化率可以提高相位测高的结果的精度。     

基于LSTM型RNN的CAPTCHA识别方法

全自动区分计算机和人的图灵测试(CAPTCHA)是一种基于人工智能难题的网络安全机制。研究CAPTCHA的识别能够使其变得更加安全,并能促进一些人工智能难题的求解。文中首先对现有的CAPTCHA识别方法进行总结和分析,然后提出一种基于长短时记忆(LSTM)型递归神经网络(RNN)进行识别的方法,并对CAPTCHA识别中的特征提取问题进行研究。最后,为进一步提高RNN的识别率,提出一种解码算法。实验结果表明,文中方法是有效的,灰度值对于RNN是一种较好的特征,提出的解码算法能够取得较高的识别率,又有较低的时间复杂度。     

无源北斗多模接收机自适应速度融合算法

在阐述北斗无源多模接收机工作原理的基础上,分析了无源北斗多模接收机速度与位置信息失调现象的产生原因,提出改善北斗无源接收机导航性能的自适应速度融合算法。该算法能根据载体的动态特性,自动生成合适的限制值修正多模接收机的导航信息,不仅提高了接收机的定位性能,而且提高了算法的动态适应性。无源北斗多模接收机挂飞试验的验证结果表明,自适应速度融合算法简便易行,能够在不影响多模接收机正常工作状态的情况下对异常信息进行修正,故大大提高了接收机的导航性能。     

基于北斗卫星的森林火灾监控终端设计

针对传统森林火灾监控方式存在的受地形限制,导致火灾发现不及时和定位难的缺陷,设计了基于北斗卫星的森林火灾监控系统,实现了火灾智能识别和预警,并且可以对火源、火场进行快速定位和信息通报;终端包括烟采集处理模块、图像采集模块、DSP处理模块、ARM主控模块和北斗卫星通信模块五部分,从烟和火焰两个方面对森林实时进行监控,分别采用离子烟雾传感器和DSP火焰识别混合算法,提取火焰图像差值和火焰图像边界参数的方法,提高了识别的准确率;试验证明,系统具有结构简单、使用方便和识别智能化的特点。     

基于北斗卫星的自动气象站数据传输管理系统

针对北斗短报文单次通信数据量限制自动气象站数据传输的问题,设计了基于北斗卫星的自动气象站数据传输管理系统。系统由FPGA处理器模块、北斗模块和外部检测控制模块组成。系统通过LZW编码和Huffman编码实现气象数据的高效无损压缩传输;系统基于北斗短报文实现对自动气象站的远程管理;系统具有自动检测和管理功能。目前,该系统已通过验证,气象数据传输效率提高了3倍,解决了北斗短报文单次通信数据量限制气象数据传输的难题,提高了对自动气象站的远程管理能力。     

窄带干扰下北斗卫星导航信号性能分析

在介绍近期公布的北斗卫星导航系统空间信号接口控制文件(interface control document)中B1频点QPSK(quadrature phase shift keying, 正交相移键控)调制信号及测距码构成的基础上, 针对窄带干扰对卫星导航信号性能影响问题, 通过建立卫星导航直接序列扩频通信系统模型, 对窄带干扰下的北斗卫星导航系统解扩处理增益、相关解扩处理变化规律、误码性能以及对导航信号等效载噪比的影响进行了分析和数字仿真。仿真结果表明, 窄带干扰下, 导航信号性能降低程度与干扰实施位置、扩频码特性、调制样式等有关, 导航信号的性能改善需综合考虑干扰特性、扩频特性及调制样式等方面的影响。     

北斗卫星导航系统定位精度研究

北斗卫星导航系统,是我国为了保证国家与人民群众的安全,并且促进我国经济的发展,自主建设并独立运行的一张卫星导航系统,能够提供全天候、全天时、高精度的定位、导航服务,是我国重要空间基础设施。近年来,北斗卫星定位被广泛应用于森林防火、抗震救灾、水文监测、气象预报以及交通运输方面,已经深入了人民群众生产生活的各个方面,对社会经济发展有着重要的推动作用。本文基于北斗卫星导航系统定位原理,从时间及空间准确性方面对定位精度进行探讨。     

基于DVB-S的“动中通”卫星信号检测系统

针对传统卫星信号检测方式设备昂贵、通用性差、卫星识别能力弱的缺陷,提出并实现了一种基于一体化调谐器(tuner)的卫星信号检测方法。该方法通过一体化调谐器检测DVB(Digital Video Broadcasting-Satellite,数字卫星视频广播)或DSS(Direct Satellite Service,直播卫星服务)卫视信号,实现卫星信号强度的检测。理论分析和实验结果表明,与传统检测方式相比,该方法能够降低设备成本、具有较好的通用性。     

基于堆叠双向LSTM的雷达目标识别方法

现阶段雷达目标检测识别主要依赖人工算法提取目标的特征,难点在于环境自适应能力弱,高强度杂波背景下难以有效检测到目标;针对上述问题,结合深度学习在图像识别等领域表现出的强大的学习表示能力,提出基于堆叠双向长短期记忆网络的雷达目标识别方法;网络模型以雷达多普勒维的回波数据构建数据集,采用双向LSTM提取雷达回波数据在时间序列上的正向和逆向信息,通过RMSProp优化算法对神经网络参数迭代训练,实现了对无人机这种低空慢速小目标的有效识别;实验结果表明,基于堆叠双向LSTM的雷达目标识别方法优于传统的SVM分类算法和卷积神经网络分类算法.     

基于LSTM和多种异常定义的卫星异常检测方法

针对在轨卫星异常检测中现存的异常定义单一、检测流程不规范不灵活的问题,提出一种基于长短期记忆(Long-Short Term Memory,LSTM)网络和多种异常定义的卫星异常检测方法.基于某在轨卫星实测电源遥测数据,首先进行卫星时序数据预处理,随后以LSTM为示例算法对数据的"正常值"进行预测,最后分别以测试数据均值的标准差、预测结果均值的标准差和非参数动态阈值作为异常定义,进行异常的联合投票检测,检测流程可容纳丰富的预测算法和异常定义,且流程模块间耦合度低.仿真结果表明,LSTM模型预测结合多异常定义的联合投票机制能有效提升异常点检测的性能.     

基于北斗卫星的BGAN应急指挥监控系统设计

当前应急指挥系统平均响应时间过长,抗噪能力差。为解决上述问题,基于北斗卫星研究了一种新的BGAN应急指挥监控系统,针对系统的硬件和软件进行设计,系统硬件设计了采集模块、处理模块、通讯模块、指挥监控模块四部分,采集模块使用的采集芯片型号为AHD80H-9721,处理模块中加入了GDS110BB芯片,通讯模块选用型号为EXS2511芯片。在C/S结构上实现了通信报告功能和指挥服务功能。与传统应急指挥监控系统进行实验对比,结果表明,基于北斗卫星的BGAN应急指挥监控系统能够快速完成响应,指挥能力强,适用范围广,在噪声干扰状态下也可以稳定地运行     

基于北斗卫星的航天器监控系统数据通信技术

传统的通信技术在航天器监控系统上通信信号接收清晰率差,监控系统数据通信效率低,针对上述问题,基于北斗卫星研究了一种新的航天器监控系统数据通信技术,通过数据参数收集、数据指令查找、数据通信收集实现航天器监控系统通信数据收集,采取基于信息语言表述方式,进行航天器运行时间实时数据传输控制,利用矢量计算和精度分析确定航天器监控系统通信数据。对比实验结果表明,基于北斗卫星的航天器监控系统数据通信技术通信信号接收清晰率高,监控系统数据通信效率好。     

基于LSTM的眼动行为识别及人机交互应用

眼动交互在人机交互领域中有着广泛的应用前景,针对传统的眼动交互传感设备具有普遍侵入性,校准过程复杂且价格昂贵,普通单目摄像头传感器分辨率低等问题.提出一种基于前置摄像头视频源,使用方向梯度直方图(HOG)特征+SVM+LSTM神经网络的眼动行为识别方法,进而实现了简单的人机交互应用.该方法首先定位和跟踪人脸,在人脸对齐操作后依据4个眼角关键点的坐标获取双眼区域,使用SVM模型判断眼睛的睁闭眼及非眨眼状态,再分析相邻帧之间眼球中心的位置粗略判断眼动情况,将可疑的有意眼势帧间差分视频序列输入到LSTM网络中进行预测,输出眼动行为识别结果,进而触发计算机命令完成交互.经过自制数据样本集20 000个样本(其中约10%为负样本)测试,本文方法动态眨眼识别准确率优于95%,眼动行为预测准确率为99.3%.     

浅谈基于北斗卫星的预警信息接收终端设计与实现

近年来,由于极端天气事件的频繁发生,对社会经济发展和人们的生命财产安全造成了严重的影响。基于北斗卫星的多功能预警信息接收终端可不受地面移动通信网络的影响。因此,利用我国自主研发的北斗通信导航系统可接收预警信息,并通过GPRS网络将设备的工作情况传至预警信息发布中心,可有效解决预警信息“最后1 km”传输的问题,从而提高我国的预警信息发布和接收的能力。     

基于北斗的高速摄像机时间同步器设计

为了满足民用飞机在飞行试验中高速摄像机对时间同步的需求,基于国产北斗卫星导航系统设计了具有精确输出IRIG-B(AC)码的时间同步器,用于机载高速摄像机的精确时间同步。以FPGA为核心,使用直接数字频率合成技术实现了IRIG-B(AC)码的产生。实验结果表明,该同步器时间同步精度满足要求,可以实现对高速摄像机进行时间同步的功能。     

基于残差连接LSTM的雷达目标分类识别方法

近年来随着多种小型智能探测设备的出现(如无人机、小型智能车等),给传统雷达目标识别方法带来了巨大挑战;在使用雷达对此类小型目标进行探测时得到的信号回波能量通常较低,导致在复杂环境噪声与杂波影响下难以使用传统恒虚警(CFAR)目标检测方法对其进行识别;针对以上问题,结合深度学习的方法提出一种基于残差连接长短期记忆网络(LSTM,long short-term memory)的多类别雷达目标识别模型,以同一距离门的相邻时间点的回波序列数据作为样本来设计数据集,使用多层的LSTM网络提取雷达回波样本中的时序信息,并在网络中加入残差连接以避免网络层数增多出现网络退化问题,同时将用于多类别分类问题的CCE(categorical cross-entropy)函数作为网络的损失函数来训练网络,实现对包括无人机、智能车、行人以及噪声在内的4类目标的识别和分类;试验结果表明基于残差连接LSTM网络的多类别雷达目标识别模型相比于传统恒虚警检测方法具有更高的识别准确率和F1值。     

北斗接收机在干扰下的性能研究

通过分析北斗接收机在复杂干扰环境下的性能问题,为抗干扰研究提供了更为专业的理论依据,在卫星导航直接序列扩频通信系统模型的基础上对导航系统在干扰下的误码率、等效载噪比及捕获能力等性能方面进行对比分析,并采用Matlab进行数字仿真。仿真结果表明,窄带干扰比均匀频带干扰对接收机的影响更大,导航信号的性能降低程度与干扰信号带宽及干扰实施的频率等因素有关,导航信号性能改善需要考虑以上多种因素的影响。