A novel noise reduction technique for underwater acoustic signals based on complete ensemble empirical mode decomposition with adaptive noise,minimum mean square variance criterion and least mean square adaptive filter

Underwater acoustic signal processing is one of the research hotspots in underwater acoustics. Noise reduction of underwater acoustic signals is the key to underwater acoustic signal processing. Owing to the complexity of marine environment and the particularity of underwater acoustic channel, noise reduction of underwater acoustic signals has always been a difficult challenge in the field of underwater acoustic signal processing. In order to solve the dilemma, we proposed a novel noise reduction technique for underwater acoustic signals based on complete ensemble empirical mode decomposition with adaptive noise (CEEMDAN), minimum mean square variance criterion (MMSVC) and least mean square adaptive filter (LMSAF). This noise reduction technique, named CEEMDAN-MMSVC-LMSAF, has three main advantages: (i) as an improved algorithm of empirical mode decomposition (EMD) and ensemble EMD (EEMD), CEEMDAN can better suppress mode mixing, and can avoid selecting the number of decomposition in variational mode decomposition (VMD); (ii) MMSVC can identify noisy intrinsic mode function (IMF), and can avoid selecting thresholds of different permutation entropies; (iii) for noise reduction of noisy IMFs, LMSAF overcomes the selection of decomposition number and basis function for wavelet noise reduction. Firstly, CEEMDAN decomposes the original signal into IMFs, which can be divided into noisy IMFs and real IMFs. Then, MMSVC and LMSAF are used to detect identify noisy IMFs and remove noise components from noisy IMFs. Finally, both denoised noisy IMFs and real IMFs are reconstructed and the final denoised signal is obtained. Compared with other noise reduction techniques, the validity of CEEMDAN-MMSVC-LMSAF can be proved by the analysis of simulation signals and real underwater acoustic signals, which has the better noise reduction effect and has practical application value. CEEMDAN-MMSVC-LMSAF also provides a reliable basis for the detection, feature extraction, classification and recognition of underwater acoustic signals.     

考虑禁飞区的高超声速飞行器再入跟踪控制

为确立高超声速飞行器再入精确模型,参考NASA的研究数据对动力学方程中的气动参数进行拟合。基于飞行器结构的相关性质及战略应用背景,加入热流密度、动压、过载和禁飞区等参考约束的限制,融合成强非线性、复杂耦合的最优控制问题。采用改进自适应伪谱法求解模型所构建的微分方程组,通过设置自适应网格细化与配点,使单位时间内状态变量和控制变量波动过大的时间区间被进一步细划,并利用SNOPT求解器解算出符合条件的最优轨迹。设计闭环控制器,实现对最优轨迹的姿态变化的跟踪,测试系统的性能并进行评估。仿真结果表明:整个再入过程中,飞行器速度下降过程偏于平稳,再入轨迹可以满足约束条件,在避开禁飞区的同时取得最大横向航程;三通道角速度收敛可控,对姿态的跟踪较理想,控制器基本可以实现精确调姿。     

共址调频和调幅系统干扰机理及干扰抑制需求分析

以调幅和调频电台为研究对象,对共平台接收电台前端低噪声放大器的非线性进行精确建模,分别对调幅电台和调频电台的干扰抑制需求进行解析,并通过数值仿真对解析模型进行验证。结果表明:所提解析模型较现有模型更为准确;当有用信号功率、噪声功率和干扰功率相同时,调幅通信系统的干扰抑制需求高于调频通信系统。     

基于正态分布曲线的分段式变步长LMS算法

针对传统最小均方误差(Least Mean Square, LMS)自适应滤波算法由于步长固定,在解决稳态误差与收敛性之间的关系时,始终处于矛盾状态的问题,在对传统的固定步长LMS自适应滤波算法分析的基础上,根据变步长LMS自适应滤波算法的步长调整原则,通过构造步长因子与误差信号的非线性函数,提出了一种基于正态分布曲线的分段式变步长LMS自适应滤波算法,并分析了参数取值对算法性能的影响。针对实际信号处理过程中参考信号难以选取的问题,提出了一种基于分裂阵的参考信号选取方法。理论和海试数据分析结果表明:该算法的收敛速度和稳态误差明显优于固定步长的LMS自适应滤波算法和基于Sigmoid函数的变步长LMS自适应滤波算法。     

自适应逆控制FXLMS算法有源噪声控制仿真研究

前馈有源噪声控制方法可在较宽的频带有效,使之获得了广泛的应用.在前馈有源噪声控制中,直接使用传统的FXLMS算法时,由于次级通道传递函数往往是非最小相位系统,导致系统的性能下降.文中提出一种基于非最小相位系统逆控制的自适应前馈有源噪声控制FXLMS算法,用带宽随机噪声信号和实测风机通风管道噪声信号进行仿真实验研究,结果表明,较传统的FXLMS算法有明显的改进.     

SpaceWire总线的双路由单元性能评价方法

基于双路由单元研究了Space Wire总线的性能评价体系。研究中给出双路由单元的定义,推导基于双路由单元的路由系统的数据传输时间和资源耗费的计算方法;推导基于双路由单元的多路由拓扑系统的性能评价体系;采用蒙特卡洛模拟的方法建立双路由单元系统的模拟平台,仿真计算路由单元在不同接口配置情况下的性能。研究结果表明:基于双路由单元的传输时间和资源耗费指标能够评价Space Wire总线的性能;在不同接口配置时,存在一种最佳的配置方式使系统的性能达到最优。     

基于双路由单元的SpaceWire总线性能评价方法研究*

本文基于双路由单元研究了SpaceWire总线的性能评价体系。研究中,首先给出了双路由单元的定义,推导了基于双路由单元的路由系统的数据传输时间和资源耗费的计算方法;其次推导了基于双路由单元的多路由拓扑系统的性能评价体系;然后采用蒙特卡洛模拟的方法建立了双路由单元系统的模拟平台,仿真计算了路由单元在不同接口配置情况下的性能。研究结果表明：基于双路由单元的传输时间和资源耗费指标能够评价SpaceWire总线的性能;并且在不同接口配置时,存在一种最佳的配置方式能够使得系统的性能达到最优。     

增量元学习IDBD算法在轴频电场信号检测中的应用

为了提高海洋环境电场背景中微弱舰船轴频电场的检测能力,针对传统的最小均方误差算法进行了改进,提出了一种基于增量元学习IDBD算法的自适应线谱增强器。利用所提算法对舰船缩比模型产生的实测轴频电场信号数据进行处理,结果表明该算法在低信噪比的情况下能够有效地将微弱轴频电场信号从宽带背景噪声中分离出来。所提算法相比于普通的自适应线谱算法,在改善信号的信噪比方面效果更加显著,且具有更快的收敛速度和更小的稳态误差,极大提高了舰船轴频电场的检测能力。     

基于自适应二阶终端滑模的航天器有限时间姿态机动算法

针对航天器有限时间姿态机动问题,提出一种自适应二阶终端滑模控制算法。设计一种终端滑模面,保证系统状态能够在有限时间内沿滑模面收敛到系统原点;为克服系统抖振,设计了二阶终端滑模控制器,并采用参数自适应估计项补偿系统中的外部干扰力矩。基于Lyapunov函数法证明了二阶自适应终端滑模控制器能够保证闭环系统实际有限时间稳定。仿真结果表明,提出的姿态机动算法响应速度快、精度高,能够有效实现对系统抖振和外部干扰的抑制,具有重要的科学意义和工程应用价值。     

基于局域模板的STAP非均匀检测器

分析了STAP(Space Time Adaptive Processing)中强干扰目标影响传统非均匀检测器性能的机理,针对强干扰目标引起的非均匀检测器性能下降和传统自适应功率剩余(APR)方法运算量大的问题,提出了一种基于局域模板的非均匀检测器(Local Template NHD,LT-NHD)。该方法不需要进行协方差矩阵求逆的耗时运算,便能获得较高的运算效率;此外,其检测不易受训练样本中的强目标样本影响,能获得比传统方法更为鲁棒的检测性能。实测数据实验验证了本文方法的有效性。