基于信号分类的时频分布

在将时频分析应用于模式识别的应用中 ,传统的方法是先用时频分析方法表示所获得的信号 ,然后根据时频分布提取相应的特征 ,最后将所提取到的特征输入到分类器进行分类。为了使得时频分布具有好的局部聚焦性和抑制交叉项 ,学者对一些分布进行改进 ,如采用平滑函数 ,或者是采用降低干扰核设计等等。但其目的是获得良好的时频分布 ,其最终目的不是应用于信号分类。介绍了一种基于信号分类的时频分布设计 ,其目的不是获得良好的时频分布 ,而是获得很好的分类效果。     

一种新的时频分析方法

针对如何消除或者减弱时频分布中交叉项的影响 ,学者们提出了许多方法 ,如伪WV分布和RID分布等等。在分析了STFT和伪WV分布的基础上 ,从频域滤波的角度给出了一种新的时频分析方法 ,它能有效的消除或者减弱交叉项的影响。最后 ,通过仿真实例验证了该时频分析方法的有效性。     

基于时频分析的雷达目标识别研究

基于时频分析的性质，提出了一种雷达目标识别方法。对雷达回波信号进行小波变换，得到目标回波信号的三维时频分布图和功率谱密度，从中提取目标的调制谱密度，根据最小贴近度识别算法进行目标识别。由实验结果看，利用此方法能够得到很高的识别率。     

进动弹道目标平动补偿与分离

弹道目标在中段高速运动时会造成微多普勒曲线的叠加折叠,此时传统的平动补偿方法并不适用于弹道目标。在分析进动锥体弹道目标各个散射点的频率特性后,发现曲线交点处的频率完全是由平动引起的。根据这一特性,提出一种利用时频图交点信息进行平动补偿的方法。首先,得到回波信号的时频骨架图;然后,采用基于双边滤波器的Harris角点检测方法提取出时频骨架中的角点进而得到时频图中的交点坐标;最后,利用交点坐标估计出平动参数进行平动补偿。针对传统Viterbi算法在曲线交点容易产生错误关联的问题,提出一种利用交点信息的分段Viterbi算法对补偿后的时频曲线进行分离。仿真实验验证了所提方法的有效性。      

进动锥体目标散射特性仿真及实验分析

目标微动及结构参数的获取有助于弹道目标的识别。准确获得进动锥体目标散射特性的时频分布(TFD)、一维距离像及二维逆合成孔径雷达(ISAR)像分布是获取锥体目标微动及结构参数的关键。分析了进动锥体在窄带及宽带条件下的目标散射特性,总结了锥体目标强散射源在时频分布、距离像序列和ISAR像序列中的理论表现形式,并分析了存在锥面镜面散射时锥体目标散射特性,构建了进动锥体目标电磁回波仿真方法及微波暗室动态测试系统,通过仿真及测试数据得到了典型条件下锥体目标的散射特性,对比表明仿真及测试结果均与本文散射特性理论分布相一致,说明了本文所提散射特性理论分布与散射特性分析方法的正确性,可为分析弹道目标散射特性研究提供参考。      

基于小波包变换及时间 小波能量谱的振动信号分析研究#br#

基于具有时频分析特性的小波包分析方法，对振动系统的测量信号进行了降噪处理，采用的软 硬阈值折中小波去噪方法兼有软阈值与硬阈值降噪的优点，且通过折中因子的引入，可以在信号分析中更灵活的进行信号处理.对去噪后的信号，基小波时间 能量谱分析，可以很好的将信号的主成分清晰的展示出来，并根据其能量在各频带的分布，可以直观的展示信号特征，为机械振动系统的故障诊断与识别，提供一套理论的方法.研究中所发展的分析方法在机械振动系统及其振动组件的状态监测及故障诊断识别方面有广阔的应用前景.     

时频信号的非参数加窗稀疏协方差迭代分析法

针对多分量非平稳时频信号的分析，提出了一种非参数加窗稀疏协方差迭代分析（Sparse Iterative Covariance-based Estimation，SPICE）法。该方法通过引入局部化的窗函数，并在窗内对信号建立非参数化的时频模型，以获取非平稳信号的局部时频特性。分析表明：给出的非参数时频模型，可通过加权最小二乘（Weighted Least Square，WLS）进行求解。当将WLS的加权矩阵的构建问题转换为广义噪声协方差矩阵时，提出的模型也可借助于加窗SPICE方法来进行求解。分析和仿真均表明：与传统方法相比，提出方法具有噪声抑制能力强、能量集中度高和对于载频差异较小信号的分离效果佳等优点。     

基于改进HHT的一体化电液作动器故障诊断

介绍了机载变排量变转速一体化电动静液作动器(EHA-VPVM,Electro-Hydrostatic Actuator with Variable Pump displacement and Variable Motor speed)的系统结构,根据EHA-VPVM早期故障信号非平稳、时变等特点,采用一种新的时频分析方法希尔伯特黄变换(HHT,Hilbert-Huang Transform)进行信号分析.针对HHT方法的模态混叠和虚假本征模态函数问题,提出两点改进:通过集合经验模式分解算法抑制模态混叠的发生;采用相关系数法保留真实本征模态函数.对EHA-VPVM工程样机进行早期故障诊断实验,用Hilbert边际谱和HHT谱分析永磁无刷直流电机两种工作状态下的振动信号.实验结果表明:改进HHT方法较好解决了HHT的模态混叠和虚假本征模态函数问题,能准确提取研究对象的早期故障特征,对EHA-VPVM早期故障具有良好的诊断效果.     

基于最大熵法和遗传算法的SMSP干扰对抗方法

线性调频(LFM)信号是现代雷达常用的发射信号,可以有效提高雷达的检测性能,然而频谱弥散(SMSP)干扰应用于主瓣自卫式干扰时,干扰信号强度远大于目标回波信号,能够对目标回波信号形成遮盖,是一种有效对抗LFM信号的干扰样式。利用干扰信号与目标回波信号时频特征的不同,通过广义S变换(GST)凸显时频特征差异。运用最大熵法和遗传算法(GA)求取时频滤波器的分割阈值。通过构造的时频滤波器达到干扰抑制的目的。仿真结果表明:当干信比(JSR)大于10 dB、信噪比(SNR)大于0 dB时, 所提方法具有较好的干扰抑制效果,其中最大信干噪比(SJNR)增益接近25 dB。      

时频分析在超声导波信号分析中的应用

超声导波信号是一种非平稳信号,存在频散现象,利用传统的时域和频域分析方法不能揭示其频谱随时间变化的特点.为了解决这一问题,研究了导波信号的非平稳特征,介绍了短时傅里叶变换(STFT,Short-Time Fourier Transform)时频分析原理,分别对铝板试样和蜂窝板试样内传播的导波信号进行了STFT和时频谱分析,得出了铝板内导波信号中各频率成分随时间的变化情况,分析出导波信号的模式转换现象,比较精确地计算了导波的群速度;对于蜂窝板内的导波信号,由于能量泄露比较严重,当激励频率为1.5MHz时,A0模式只能近距离传播,这就使得采用STFT不能很好地进行模式识别.研究结果表明,当导波传播距离较远时,利用STFT可以对其信号进行动态的频谱分析和模式识别,并可对实际的群速度进行较精确的测量.     

电离层中小尺度扰动的多频多普勒快速探测与分析

电离层反射回波的高频多普勒频移测量是研究电离层扰动的重要方法之一.利用基于单频信号相位变化率测量的实时探测方法,获取连续高精度多频多普勒频高图,以实现中小尺度电离层扰动的快速探测研究.该方法被应用于敏捷式高性能电离层无线电多频探测系统样机平台.经验证在该平台上获取的多普勒频移分辨率可达0.039Hz,频高图探测周期最短小于1min.基于这种快速探测方法和平台在武汉观测站进行了较长时间的观测和数据采集,获得高精度多普勒频移并反演出电子浓度等值面法向运动速度,得到电离层反射寻常波的多普勒频高图和垂直扰动速度等信息,进而推演出电离层扰动随时间和空间的实时变化特征.对这些时域信号进行频谱分析,初步结果显示这些扰动主要是由极区活动激发的中国中部地区冬季出现率较高的中尺度TID.此外,对三种常用的电离层扰动反演分析方法进行了对比研究,结果显示电离层扰动的变化趋势基本一致,说明观测数据和研究方法可靠稳定,为多频多点电离层扰动的传播特性观测研究提供了基础.      

A comparative study of decision tree,random forest,and convolutional neural network for spread-F identification

Ionospheric spread-F (SF) is a commonly observed phenomenon of electron density perturbation in the F-layer. The ionospheric irregularities structure has an adverse effect on the propagation of electromagnetic waves in the ionosphere. The automatic identification of ionospheric spread-F and statistical study of the formation of spread-F are of great significance to the study of the physical mechanism of ionospheric inhomogeneity and for prediction of ionospheric irregularities. In this paper, we describe and implement three automatic identification methods of spread-F based on machine learning: decision tree, random forest, and convolutional neural network (CNN). The performance of these automatic identification methods was verified using a large set of test data. Results show that the accuracy of all three methods on identifying ionograms with spread-F exceeded 90%. After comparing the results of the three methods, we found that the decision tree method was the simplest and with the structure easiest to be understood, and it required the shortest interpretation time. In terms of the identification results, the random forest method provided better results than the decision tree method, and the CNN method was the best at accurately identifying ionograms with spread-F.     

2000年7月和2003年10月大磁暴期间东亚地区中低纬电离层的GPS TEC的响应研究

利用武汉电离层观象台研制的GPS TEC的现报方法及现报系统,对东亚地区GPS台网的观测数据进行处理分析,特别对2000年7月14-18日和2003年10月28日至11月1日两次特大磁暴期间的数据进行了对比考察,文中分析了两次磁暴间的电离层响应,得到对应不同磁暴时段电离层TEC的不同变化情况,着重揭示了TEC赤道异常峰的压缩和移动以及赤道异常随时间的压缩—反弹—恢复的过程,并结合高纬电离层的部分响应机制进行了说明,结果显示,两次磁暴期的电离层响应表现出了各自不同的特点,从而反映出因季节变化引起的高纬电离层暴时能量注入的不同而造成的全球性电离层扰动的不同形态,由此看出,磁暴期间电离层TEC的变化直接与太阳扰动发生的时间及其对高纬电离层的耦合有关,若短时期内连续发生多次磁暴,则电离层反应更加复杂,不能简单地当做单一磁暴叠加处理。     

中国区域电离层异常数据野值检测

针对中国区域连续运行参考站接收机野值会干扰星基增强系统（SBAS）电离层异常事件提取的问题，提出了一种基于电离层垂直延迟时间梯度的野值检测方法。首先，介绍了电离层延迟数据的提取方法；然后，论述了依据野值和电离层异常的不同时空相关特性进行野值检测的方法，并用单双频定位误差结果验证了野值检测的正确性；最后，对检测结果进行了分析。结果表明:该方法可有效区分野值和电离层异常；在中国大陆构造环境监测网络200多个参考站中，野值检测所剔除的参考站数目在3~10个，对电离层穿透点空间分布的影响在可接受范围内。      

基于地磁坐标和Kriging技术的高纬地区f0F2重构方法

为能够在高纬区域获取高精度电离层参数特性结果，提出了基于地磁坐标的高纬度区域电离层F₂层临界频率（f₀F₂）的重构方法.该方法确定了基于地磁坐标的变异函数，通过求解改进Kriging方程得出估计值.方法的确定取决于对2种坐标系、2类电离层距离计算方法以及尺度因子的选取.通过对俄罗斯6个垂直探测站在太阳活动高年（2013年）和低年（2017年）的f₀F₂历史观测数据使用月中值进行交叉验证，证明了引入地磁坐标和利用球面距离计算方法对高纬度地区进行重构能够达到最优效果.相比现有方法，其整体标准误差和绝对误差均有所降低.上述研究证实了该方法的有效性，对电子信息系统的可用频率预测以及通信效能保障具有重要意义.      

台风激发的声重力波的可探测性研究

通过对北京大学高频多普勒台站(39.4°N,116.2°E)多年的观测资料及相关台风资料的统计分析,着重研究了高频多普勒探测手段对由台风引起的扰动电离层响应的可探测性问题.通过对台风登陆前后的高频多普勒观测记录的细致分析及与宁静条件下记录的对比研究,表明高频多普勒观测手段可以很好地探测由台风激发的声重力波,尤其是对台风登陆前后所激发的扰动具有较高的可探测性.在所分析的24次台风事件中有明显扰动记录的高达22次(22/24).结合观测事实与Huang等的统计结果(2/12)进行了比较,并进行了可能的原因分析.通过数值模拟的方法对观测到的主要扰动的非线性传播过程进行了模拟再现,结果基本上与观测结果及线性传播理论一致.确认了一般情况下高可探测性这一事实,但同时也表明可探测性和台风激发源与探测位置及中尺度TIDs在电离层中的传播模式有密切关系.      

Fading in the HF ionospheric channel and the role of irregularities

It is well known that the ionosphere affects radio wave propagation especially in the high frequency (HF) range. HF radio waves reflected by the ionosphere can reach considerable distances, often with changes in amplitude, phase, and frequency. The ionosphere is a dispersive in frequency and time, bi-refractive, absorbing medium, in which multipath propagation due to traveling irregularities is very frequent. The traveling irregularities undulate the reflecting ionospheric layer, introducing variations in signal amplitude (fading). In this multipath time variant channel fading is mainly considered, even though it is not the sole effect. Echo signals from a single reflection, as in ionospheric vertical sounding (VIS) techniques, are affected by a certain degree of variability even in quiet ionospheric conditions. In this work the behavior of the ionospheric channel is studied and characterized by observing the power variation of received echoes using the VIS technique. Multipath fading was analyzed quantifying the power variation of the signal echo due to irregularities on a temporal scale from 0.5 to 256 s. An experimental set-up derived from an ionosonde was implemented and the analysis was performed employing a special numerical algorithm operating off-line on the acquired time sequence of the signal. The gain-loss of the irregularity shapes are determined in some special cases.     

我国中部地区电离层扰动时空尺度的统计分析

将最大熵动态互普方法用于高频多普勒台阵数据处理，从覆盖太阳活动高、低年份的高频多普勒台阵观测数据中，得出了中国中部地区电离层声重波扰动的传播方向、时空尺度等参量之间的统计分布特性，进而探讨了有关扰动源的情况，结果表明，极区源和局地源两种不同的激发源所激发的声波，分别反映了电离层扰动的全球传播和地区特性两种不同的特征。     

Effects of a “day-time” substorm on the ionosphere and radio propagation

Propagation mechanisms of lateral (non-great-circle) signals on a high-latitude HF radio path during magnetospheric substorms that occurred in the day-time have been considered. The path is equipped with oblique ionospheric sounding (OIS) from Murmansk to St. Petersburg. The OIS method gives the possibility to determine propagation modes, MOF (maximum observed frequency) values, signal delays, etc. Data of the CUTLASS radar, the IMAGE magnetometer system, the Finnish riometer chain, and the Tromso ionosonde were also used for the analysis. The main results are the following: (1) the lateral signal propagation takes place, as a rule, if the path midpoint is located near the irregularity region that moves sharply from high to low latitudes. The lateral signal propagation appearing during day-time is a new effect. (2) Formation of dense field-aligned irregularities during a substorm leads to decreasing F2MOF values on radio paths. These results can be useful for problems of radiolocation, HF communications and navigation.