基于小波包变换的EMD算法在超声信号处理中的应用

提出基于小波包变换的EMD算法,并将其应用于超声回波信号去噪.对于采用EMD分解含高斯白噪声的超声缺陷信号存在模态混叠的问题,首先用小波包变换对信号作预处理,再对信号进行EMD分解,最后重构出有用的缺陷信号.实验结果表明:该方法不仅具有很好的消噪效果,而且重构的缺陷信号的波形失真度小,有利于对信号做进一步的定量分析.     

小波分析在雷击大气电场波形去噪分析中的应用

雷击时大气电场信号中混杂的噪声信号影响对真实大气电场信号的分析、提取和使用。文中通过计算仿真信号和去噪前后真实电场信号的均方误差,分析选取不同的小波函数、阈值法和小波分解层数对去噪效果产生的影响。考虑雷击时大气电场信号的信噪比,选用sym5小波和db5小波与minimaxi和rigrsure阈值法结合,且对小波的分解层数选用6~7层,进行大气电场波形的去噪处理,其去噪效果比较理想。最后,将该方法用于实际雷击大气电场波形数据的去噪处理,对雷击时电场波形的突变性检测中,在20个样本中有14个在首次雷击前1.5~2 h具有突变过程,占70%,这为将大气电场仪资料引入其他气象参数预报模型提供了切入点。     

基于掩蔽效应的改进型自适应语音增强算法

在分析经典自适应滤波算法的基础之上提出了一种有效的消除噪声且减小语音失真的语音增强方法.为了进一步提高语音增强效果,根据人耳掩蔽效应把语音信号中关键频率段的阈值作为自适应滤波算法的动态系数,根据此系数估算误差函数.在Matlab上对此算法输入不同信噪比的信号,仿真结果表明:输出的信噪比明显高于传统滤波算法,且残留噪声较小.     

激光雷达能见度回波信号去噪算法

激光雷达能见度仪是探测大气能见度的有效手段,但其回波信号微弱且易受各种噪声干扰.抑制背景噪声并从中提取有用信号,对提高能见度反演精度十分重要.采用经验模态分解算法对回波信号进行分解及重构,达到了良好的去噪效果.仿真试验表明,经验模态分解算法有效提高了回波信号的输出信噪比,降低了测量值的均方根误差.通过处理晴天、阴天、雾...     

广州高建筑物地闪水平磁场频谱特征分析

该文利用广州高建筑物雷电观测站架设完成的一套正交磁环天线,对广州珠江新城高建筑物群进行地闪水平磁场观测。采用小波软阈值去噪法和基础噪声归零法对合成的磁场数据进行质量控制。对处理后的水平磁场波形进行频谱特征分析,得到水平磁场在不同频段内的能量分布情况,为高建筑物雷电强电磁脉冲屏蔽防护技术提供数据参考。     

用连续子波变换提取城市冠层大气湍流的相干结构

切变湍流的相干结构是湍流研究中的重大发现,它表明湍流在表面上看来不规则运动中具有可检测的有序运动,这种相干结构在切变湍流的脉动生成和发展中起着主宰作用.因此识别和提取相干结构对于认识和研究湍流是非常重要的.用数字滤波法将包含相干结构的大尺度信号提取出来以后,再用子波分析,根据子波能量极大值的判别方法,分别确定出大气湍流三个方向上的速度脉动信号相干结构的频率或时间尺度,然后由确定尺度上的连续子波反演公式,提取出大气湍流三个方向上的速度脉动信号相干结构所对应的波形.     

3种阈值方法在闪电通道图像识别中的应用

该文实现了3种常见的阈值算法在闪电通道识别中的应用。针对某些闪电通道图像对比度较低的特点,首先对原始图像去除背景光照不均的影响并进行图像增强,再根据所处理的闪电通道图像的具体情况,选择全局自适应阈值法、局部自适应阈值法或基于Otsu自适应阈值的Canny算子对增强后的图像进行边缘检测,进而对闪电通道进行识别。对所提取到的闪电通道进行形态学和细化处理,最终提取到由连续的像素点序列表示的闪电通道。针对数字图像中闪电通道背景的不同特点,文中提到的3种阈值方法能够有针对性地对不同图像进行通道检测,在保证准确获得清晰边缘信息的同时,较好地兼顾了对弱边缘信息的提取,有效保证了对闪电通道的识别效果。     

基于多时间尺度的回归集成预测模型

引入能够将非线性、非平稳过程的数据进行线性化和平稳化处理的EMD方法,对广东降水的时间序列进行时间尺度分离,从复杂的非平稳信号中提取相对简单以不同时间尺度振荡的准周期信号,选取能较好描述降水周期特征的IMF分量作为建模备选因子,然后以均生回归、均生相关、韵律拟合误差和拟合误差4种方法构建预测模型,结果得到采用多尺度因子构建的4种单预测模型近10年Ps评分和降水距平符号同号率平均分在68~73分和50%~58%之间,而采用4种模型构建的回归集成模型两种评分方法的平均分分别高达79.8和68.8%,较单一预测模型评分分别提高了近10分和10%以上。将具有降水指示信号的前冬赤道东太平洋海温因子耦合到回归集成预测模型,其Ps评分结果与纯降水集成模型相当,但同号率评分略高3.1%。从而,提取要素序列的多种时间尺度特征,并采用多模型的集成预报,均能有效提高短期气候预测水平。     

基于大气电场资料的雷电临近预警研究

通过分析深圳地区2012年6—9月17次雷暴过程的电场观测资料,并结合广东省闪电定位资料,发现当雷暴云移近电场仪测站时,在测站的防护区内(距测站10 km半径范围内),闪电发生前的电场幅值快速增加且伴随有快变抖动的现象,并且快变抖动和闪电的发生具有0-1化对应关系,即当有电场的快变抖动出现的情况下,电场达到一定阈值并维持一段时间后,防护区内发生闪电的可能性很大.因此根据大气电场的波形特征,提取出与闪电相关性较高的因子,利用多元回归技术建立一套预报方程,根据该预报方程得出最佳预警参数.结果表明:当大气电场阈值达到0.86 kV/m,且在10.73 min内电场能维持在阈值上,并伴随有电场的抖动时,在防护区内发生闪电的可能性很大,预警准确率达53%.     

近地面大气电场数据EMD方法分析

将经验模态分解(EMD)方法应用于2009年夏季近地面大气电场资料的分析,分解出雷暴和晴天天气大气电场的不同时间尺度变化分量,并提取两类天气状态下的大气电场振荡特征进行对比.结果表明:EMD方法适合应用于近地面大气电场资料的分析,雷暴天气大气电场以晴天天气大气电场作为背景场,包含了周期振荡平稳的晴天天气成分;晴天天气大气电场能量集中于长周期振荡分量,而雷暴电场能量主要是集中于短周期振荡分量.发生雷暴前,IMF(本征模态函数)1分量的中心频率会出现明显跳跃或其对应幅度明显增大的现象.利用这些特征对随机选出的38次过程进行预报效果检验,得到预警的探测概率为84.2％.     

Applications of wavelet analysis in differential propagation phase shift data de-noising

Using numerical simulation data of the forward differential propagation shift （ΦDP） of polarimetric radar,the principle and performing steps of noise reduction by wavelet analysis are introduced in detail.Profiting from the multiscale analysis,various types of noises can be identified according to their characteristics in different scales,and suppressed in different resolutions by a penalty threshold strategy through which a fixed threshold value is applied,a default threshold strategy through which the threshold value is determined by the noise intensity,or a ΦDP penalty threshold strategy through which a special value is designed for ΦDP de-noising.Then,a hard-or soft-threshold function,depending on the de-noising purpose,is selected to reconstruct the signal.Combining the three noise suppression strategies and the two signal reconstruction functions,and without loss of generality,two schemes are presented to verify the de-noising effect by dbN wavelets：（1） the penalty threshold strategy with the soft threshold function scheme （PSS）; （2） the ΦDP penalty threshold strategy with the soft threshold function scheme （PPSS）.Furthermore,the wavelet de-noising is compared with the mean,median,Kalman,and finite impulse response （FIR） methods with simulation data and two actual cases.The results suggest that both of the two schemes perform well,especially when ΦDP data are simultaneously polluted by various scales and types of noises.A slight difference is that the PSS method can retain more detail,and the PPSS can smooth the signal more successfully.     

改进的Seam Carving瞬时频率估计算法研究

旋转机械升降速阶段微弱振动信号具有潜在性和动态响应的微弱性等特点,因此瞬时频率是限制早期故障诊断发展的关键问题.针对这一问题,该文引入了图像处理领域的Seam Carving（SC）算法,并对SC算法进行改进,结合短时傅里叶变换（Short-Time Fourier Transformation,STFT）,提出了STFT-SC瞬时频率估计算法.STFT-SC算法采用STFT对振动信号进行时频分析,然后利用Seam Carving算法中的能量梯度,采用动态规划的思想寻求seam路径,实现了旋转机械振动信号的一阶瞬时频率提取,最后对一阶时频数据进行时域重构,将重构的时域信号和仿真信号进行相关性分析.结果表明,STFT-SC算法对于高噪声、邻近阶比等振动信号都具有非常好的效果.     

EMD在广西季节降水预报中的应用

气候系统是一种耗散的、具有多个不稳定源的非线性、非平稳系统。该文利用支持向量机(SVM)算法在处理非线性问题中的优越性和经验模态分解(EMD)算法在处理非平稳信号中的优势,采用将EMD与SVM相结合的短期气候预测方法,并应用到广西季节降水预报中。选取广西88个气象观测站1957—2005年6—8月逐年降水量的距平百分率序列作为试验数据,通过EMD算法将标准化处理后的距平百分率序列分解成多个本征模态函数(IMF)分量和一个趋势分量,在分解中针对EMD算法存在的端点极值问题选择两种方法分别进行处理,对比得出极值延拓法效果更好。对每个分量构建不同的SVM模型进行预测,并通过重构形成最后的预测结果。试验中采用不经EMD处理的反向传播(BP)神经网络和SVM算法进行对比验证,结果表明:相对于直接预测方法,该文提出的方案均方误差最小,能够较为准确地反映出降水序列未来几年的变化趋势,具有更高的预测精度和较好的推广前景。     

风廓线雷达探测大气返回信号谱的仿真模拟

利用2008年1—9月北京延庆地区对流层CFL-08风廓线雷达和2009年7—12月广东东莞地区边界层CFL-03风廓线雷达晴空大气探测资料,对大气返回信号功率谱密度分布及雷达系统噪声幅度统计特征进行分析。基于大气返回信号的谱分布符合高斯分布的统计结果,采用高斯模型对大气返回信号谱进行模拟;雷达系统噪声是白噪声,其谱线幅度的统计特征呈高斯分布,在此基础上,通过生成高斯分布随机函数对雷达探测输出信号进行信号谱分布的仿真模拟,并采用雷达探测信号的谱参数对仿真模拟进行检验,效果较好。该文应用仿真模拟的数据,对风廓线雷达信息处理方法及其处理精度进行了初步试验和分析。     

天气雷达回波信号去噪中小波分析应用

天气雷达回波信号不可避免地包含了噪声,噪声的存在严重影响了对雷达回波信号的精确分析。为了提高雷达回波信号的信噪比,采用了近年来在数字信号处理领域极速发展的小波分析方法,通过试验分析确定小波基函数、分解层数、阈值和阈值量化方式。结果表明,小波分析去噪的方法能有效地抑制叠加在雷达回波信号上的噪声,去噪后的雷达回波信号信噪比明显提高,具有较高的实用价值。     

基于小波变换系数自适应阈值法在语音去噪中的应用

在软阈值去噪算法基础上，根据小波变换后信号与噪音具有的奇异性，提出无偏风险自适应阈值估计算法，并应用于语音信号的去噪处理，实验结果表明该算法的最小均方误差低于其他的去噪算法。     

城市区域下垫面性质和位置差异对太阳辐射平衡的影响

介绍了时间序列的经验模态分解(EMD)方法，将EMD方法应用于近400年北半球重建平均气温资料的分析，从气候时间序列中提取气候信号中各个尺度的变化，进而分析气候的周期性振荡在20世纪的20年代变暖、40年代变冷及70年代变暖的可能作用。