孙烽原 基于MATLAB的线性盲信号分离算法的研究

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数字信号处理中的盲信号分离算法研究

数字信号处理中的盲信号分离算法研究

数字信号处理中的盲信号分离算法研究随着数字信号处理技术的不断发展,越来越多的应用场景需要进行信号分离操作,例如在语音识别、音频处理、图像处理等领域。

然而,很多情况下信号的混合是未知的,传统的信号分离算法无法完成任务。

因此,盲信号分离算法开始受到越来越多的关注。

本文将介绍数字信号处理中的盲信号分离算法研究。

1. 盲信号分离算法的定义盲信号分离算法是指在未知信号混合的情况下,通过不依赖于混合信号模型的方法,将混合信号分离为原始信号的过程。

盲信号分离算法常用于音频处理和图像处理,在这些应用中常常存在混合信号的情况。

例如,在鸟类识别中,鸟鸣声会和环境噪声混合在一起,通过盲信号分离算法可以将鸟鸣声和噪声分离开来,从而提高识别的准确度。

2. 盲信号分离算法的分类盲信号分离算法主要分为线性盲源分离算法和非线性盲源分离算法两种。

①线性盲源分离算法线性盲源分离算法是指在混合信号中存在线性关系的情况下,通过矩阵分解、独立成分分析等方法将混合信号分离为原始信号的过程。

矩阵分解法是其中最基础的方法之一,其基本思路是将混合信号视为是原始信号矩阵与混合矩阵的乘积,通过对混合矩阵的分解,将混合信号分离为原始信号。

独立成分分析算法是常用的线性盲源分离算法之一,它基于统计学原理,通过对混合信号的统计分析,估计各个原始信号的概率密度函数并分离出来。

②非线性盲源分离算法非线性盲源分离算法是指在混合信号中存在非线性关系的情况下,通过神经网络、遗传算法等方法将混合信号分离为原始信号的过程。

神经网络算法是常用的非线性盲源分离算法之一,其基本思路是通过训练神经网络来寻找混合信号和原始信号之间的映射关系,从而将混合信号分离为原始信号。

遗传算法是一种优化搜索算法,通过模拟生物进化的过程,不断迭代寻找最优解。

在盲信号分离中,遗传算法被用于优化分离算法的参数,从而提高分离效果。

3. 盲信号分离算法的应用盲信号分离算法被广泛应用于音频处理和图像处理领域。

线性盲源分离算法的理论与应用研究(信号与信息处理专业优秀论文)

线性盲源分离算法的理论与应用研究(信号与信息处理专业优秀论文)

(Mixing Matrix),x(f)=ixI(f),x2(f),…x"p)r是由M个观测信号(Observed
Sighals)等,(f),i:1,2,…,M所构成的到囱量。多数情况下,为了麓馁起见,
常设M:2-N。源信号与观测信号之间的关系满足下式:
x(O=As(t)
(1-1)
公式(1-1)描述的是无噪声的盲源分离问题。如果在信号发传输过程中
relative gradient;Maximum en廿opy
⸕䇶≤ඍ#SRORJRRJOHѪᛘᮤ⨶
籀1章绪论
第1章绪论
盲信号处理(B1 ind Signal Process,BSP)技术,是二十世纪八十年代末 期提出的一种新的信号处理方法,目前己成为了现代信号处理的一个极箕活 跃的领域之一锄。一般说来,盲信号处理就是在没有系统与环境的任傍先验 静知识静翦提下,掰迸行的信号处理过程。在实际的应用中,根据对信号处 理的不同要求+盲信号处理邋常包括蠢信号分离(BIind Signal Separation BSS)亦称作盲源分离(Blind Source Separation,BSS)、盲反卷积(Blind DeConvoluti()n)、盲均衡(B1ind Equalization)等几种处理方式。本文主要 研究在线性撬台模型下的富源分离阉题。
were proven successful for simplifying computation and improving convergence
speed,
In documents on BSS,mixtm'e is always assumed as static,but time-varying
algorithm ftmetion was applied to EASI

盲源分离matlab

盲源分离matlab

盲源分离matlab【原创实用版】目录1.盲源分离的概念与应用2.MATLAB 在盲源分离中的作用3.盲源分离的步骤与实践4.盲源分离的优缺点与未来发展正文盲源分离(Blind Source Separation,简称 BSS)是一种从观测数据中提取独立源信号的技术。

这种技术广泛应用于信号处理、通信、语音识别等领域。

在这些领域中,盲源分离可以有效去除数据中的噪声和干扰,从而提高系统的性能。

MATLAB 是一种广泛应用于科学计算和工程设计的语言,它为盲源分离的理论研究和实践应用提供了便利。

盲源分离的核心思想是利用信号的统计特性,从观测数据中提取出独立源信号。

具体来说,盲源分离包括以下步骤:1.对观测数据进行预处理,包括去除噪声、滤波等操作;2.提取观测数据的统计特性,如协方差矩阵、相关矩阵等;3.利用统计特性,通过优化算法求解源信号;4.对源信号进行解耦,从而得到独立源信号。

在盲源分离的过程中,MATLAB 发挥了重要作用。

首先,MATLAB 提供了丰富的函数库,如信号处理工具箱、优化工具箱等,这些工具箱为盲源分离的理论研究提供了便利。

其次,MATLAB 具有强大的计算能力,可以高效地解决盲源分离中的复杂计算问题。

此外,MATLAB 还提供了可视化工具,可以直观地展示盲源分离的结果,便于研究者对算法进行评估和优化。

盲源分离技术在各个领域都有广泛的应用。

例如,在通信领域,盲源分离可以用于信道均衡、信号解调等任务;在语音识别领域,盲源分离可以用于去除背景噪声、提高识别准确率等任务。

然而,盲源分离技术也存在一些缺点,如计算复杂度高、对初始值敏感等。

因此,研究者需要不断探索新的算法,以提高盲源分离的性能。

总之,盲源分离是一种重要的信号处理技术,它为各个领域提供了有效的解决方案。

MATLAB 作为一款强大的科学计算工具,为盲源分离的研究和应用提供了便利。

第1页共1页。

盲源分离matlab

盲源分离matlab

盲源分离matlab【最新版】目录1.盲源分离的概念2.MATLAB 在盲源分离中的应用3.盲源分离的步骤和方法4.盲源分离的实例与结果分析5.盲源分离的优缺点及发展前景正文1.盲源分离的概念盲源分离(Blind Source Separation,简称 BSS)是一种信号处理技术,其目的是从观测到的混合信号中分离出相互独立的原始信号。

这些原始信号通常是未知的,且可能具有不同的统计特性。

盲源分离在许多领域都有应用,如通信、语音处理、生物医学信号处理等。

2.MATLAB 在盲源分离中的应用MATLAB 是一种广泛使用的数学软件,它提供了丰富的函数库和强大的计算能力,使得盲源分离算法的实现变得简便。

在盲源分离领域,MATLAB 可以用于信号模拟、算法设计和结果分析等。

通过 MATLAB,研究者可以轻松地尝试不同的分离算法,并对比其性能,从而为实际应用提供有力支持。

3.盲源分离的步骤和方法盲源分离的过程主要包括以下几个步骤:(1)信号模型建立:根据问题的实际情况,建立混合信号的数学模型,如线性混合模型、非线性混合模型等。

(2)统计特性分析:分析原始信号的统计特性,如均值、方差、相关性等,为后续算法设计提供依据。

(3)分离算法选择:根据信号模型和统计特性,选择合适的盲源分离算法,如独立成分分析(ICA)、广义逆滤波(GIV)、非负矩阵分解(NMF)等。

(4)算法实现与性能评估:利用 MATLAB 实现选定的分离算法,并通过仿真实验评估其性能。

4.盲源分离的实例与结果分析以下是一个简单的盲源分离实例:假设有两个原始信号 x1(t) 和 x2(t),它们通过线性混合器后得到观测信号 y(t):y(t) = x1(t) + x2(t)通过盲源分离,我们可以从 y(t) 中恢复出 x1(t) 和 x2(t)。

利用 MATLAB,我们可以实现以下步骤:(1)生成两个原始信号 x1(t) 和 x2(t),它们具有不同的统计特性。

基于机器学习的盲源信号分离技术研究

基于机器学习的盲源信号分离技术研究

基于机器学习的盲源信号分离技术研究近年来,随着科技水平的提高和应用的深入,人们对于盲源信号分离技术的研究越来越深入。

而机器学习技术,尤其是深度学习算法的应用,使得盲源信号分离技术迎来了一个新的发展时期。

一、盲源信号分离技术的背景盲源信号分离技术是一种基于混合信号的分析方法,通过对不同的混合信号进行分析,将其转化为原始信号,以获得更加准确的信息。

该技术在信号处理、通信、语音识别等领域中有着广泛的应用。

由于混合信号中包含了多个源信号,因此分离这些源信号是盲源信号分离技术的首要任务。

而在传统的盲源信号分离技术中,主要采用了独立成分分析(ICA)、因子分析(FA)等方法。

然而这些方法在实际应用中存在着很大的局限性,特别是对于非线性混合信号的分析,效果并不理想。

随着机器学习技术的发展,尤其是深度学习算法的出现,盲源信号分离技术得以取得了新的突破和进展。

通过机器学习技术,我们可以更加有效地对混合信号进行分析,并准确地分离出源信号。

二、盲源信号分离技术的实验研究1. 信号模型建立为了对盲源信号分离技术进行实验研究,我们需要首先建立信号模型。

在模型建立中,我们分别构造了两组音频信号,并将这两组信号进行线性混合,得到了混合信号。

2. ICA算法实验在传统的盲源信号分离技术中,ICA算法是应用最广泛的一种方法。

因此我们首先对ICA算法进行了实验研究。

在实验中,我们使用了Python语言编写了ICA算法,并利用Matlab软件进行了信号分离与重构。

实验结果表明,在较小的信号量级下,ICA算法在信号分离方面能够取得较好的效果。

但是随着信号的复杂度增加,ICA算法的效果逐渐下降。

3. 基于深度学习的盲源信号分离实验继续进行实验研究,我们采用了最新的深度学习算法,包括卷积神经网络(CNN)和循环神经网络(RNN),对盲源信号分离技术进行了探索。

在实验中,我们通过构建深度学习模型,针对不同的信号模型进行了实验。

实验结果表明,基于深度学习的盲源信号分离技术可以提高信号分离的效果,并且随着网络深度增加,分离效果逐渐提高。

matlab 盲源分离 jade算法

matlab 盲源分离 jade算法

Matlab 盲源分离 JADE 算法一、引言盲源分离是信号处理中的一个关键问题,用于从混合信号中分离出各个独立的源信号。

在实际生活中,混合信号往往是通过各种传感器或者设备采集得到的,源信号可能是声音、图像等各种形式的信息。

而盲源分离的任务就是从这些混合信号中还原出源信号,为后续的分析和处理提供基础。

JADE(Joint Approximate Diagonalization of Eigenmatrices)算法是一种经典的盲源分离算法,本文将介绍如何使用Matlab实现JADE算法,并探讨其在实际应用中的效果。

二、JADE算法的原理JADE算法是一种高阶统计方法,主要用于盲源分离和独立成分分析。

其基本思想是通过对数据的高阶统计特性进行分析,从而实现对独立源信号的估计和分离。

具体来说,JADE算法利用了信号的高阶统计独立性来实现盲源分离,通过对数据进行协方差矩阵的估计和特征值分解,进而得到信号的独立成分。

三、Matlab实现JADE算法的步骤使用Matlab实现JADE算法通常包括以下几个步骤:1. 数据准备:首先需要准备混合信号的数据,可以是从传感器采集得到的音频数据、图像数据等各种形式的信号数据。

2. 数据预处理:对采集到的数据进行预处理,包括降噪、滤波、归一化等操作,以保证数据的质量和稳定性。

3. JADE算法实现:利用Matlab提供的相关函数或者自行编写代码,实现JADE算法的核心步骤,包括协方差矩阵的估计、特征值分解等。

4. 结果分析:对JADE算法得到的分离后的独立成分进行分析和评估,包括信噪比的计算、频谱分析等。

四、JADE算法在实际应用中的效果JADE算法作为一种经典的盲源分离方法,在实际应用中取得了广泛的应用。

以语音信号分离为例,利用JADE算法可以将混合的多个说话人的语音信号分离成独立的单一说话人的语音信号,为语音识别、语音合成等应用提供了重要的基础。

另外,在无线通信、生物医学信号处理等领域,JADE算法也发挥了重要作用。

孙烽原 基于MATLAB的线性盲信号分离算法的研究

孙烽原 基于MATLAB的线性盲信号分离算法的研究

毕业论文(设计)材料题目:基于 MATLAB 的线性盲信号分离算法的研究学生姓名:孙烽原学生学号:0908030229系别:电气信息工程学院专业:电子信息工程届别:2013指导教师:张大雷填写说明1、本材料包括淮南师范学院本科毕业论文(设计)任务书、开题报告以及毕业论文(设计)评审表三部分内容。

2、本材料填写顺序依次为:(1)指导教师下达毕业论文(设计)任务书;(2)学生根据毕业论文(设计)任务书的要求,在文献查阅的基础上撰写开题报告,送交指导教师审阅并签字认可;(3)毕业论文(设计)工作后期,学生填写毕业论文(设计)主要内容,连同毕业论文(设计)全文一并送交指导教师审阅,指导教师根据学生实际完成的论文(设计)质量进行评价;(4)指导教师将此表连同学生毕业论文(设计)全文一并送交评阅教师评阅。

3、指导教师、评阅教师对学生毕业论文(设计)的成绩评定均采用百分制。

4、毕业论文(设计)答辩记录不包括在此表中。

一、毕业论文(设计)任务书要求完成的主要任务及达到的目标顾名思义,盲信号是指未知的、有杂乱无章特征的信号,人们难以得知源信号以及源信号的结合形式。

对于盲信号的处理是通信时代比较前沿的技术之一,从接收信号中尽力还原源信号的技术称为盲源分离、盲信号提取。

这已经称为通信信号学术领域的研究焦点。

盲信号处理如今广泛被语音识别、语音增强、图像处理、通信系统、地震探测、遥感、数据挖掘、计量经济学、医学成像等领域所应用。

根据传输介质的不同混合方式,盲信号处理有线性瞬时混合信号盲处理、线性卷积混合信号盲处理、非线性混合信号盲处理三种。

本研究主要讨论有线性瞬时混合信号忙处理的计算方法。

•对盲信号处理学各类算法的了解和掌握;•对有线瞬时混合信号忙处理方法的熟悉和精通;•对于MATLAB软件的熟练操作;•实现用MATLAB软件实现对线性盲信号分离算法。

在此基础上巩固、加深和扩大MATLAB应用的知识面,进一步了解用此款软件对数字信号处理、数字图像处理、工程设计等的应用。

Matlab中的盲源信号分离方法与示例分析

Matlab中的盲源信号分离方法与示例分析

Matlab中的盲源信号分离方法与示例分析引言:随着科学技术的发展,信号处理在各个领域中扮演着重要的角色。

其中,盲源信号分离(Blind Source Separation,BSS)作为一种重要的信号处理方法,用于从混合信号中恢复出原始信号的成分,已经在音频处理、图像处理、生物医学工程等多个领域得到了广泛的应用。

在本文中,将介绍Matlab中的盲源信号分离方法以及相关示例分析。

一、盲源信号分离方法介绍1.1 独立成分分析(Independent Component Analysis,ICA)独立成分分析是一种基于统计原理的盲源信号分离方法。

其核心思想是假设混合信号是通过独立的源信号进行线性叠加得到的。

通过对混合信号的统计特性进行分析,可以估计出源信号的独立成分,从而实现信号的分离。

1.2 因子分析(Factor Analysis)因子分析是一种基于概率模型的盲源信号分离方法。

它假设混合信号是通过一组共享的隐变量与线性映射关系得到的。

通过对混合信号的协方差矩阵进行分解和对隐变量的估计,可以恢复出源信号的成分。

1.3 主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)主成分分析是一种常见的线性降维方法,也可以用于盲源信号分离。

其基本思想是通过找到数据中最大方差的方向,将原始数据映射到一个低维的子空间中,从而实现信号分离。

二、示例分析2.1 音频信号的分离在音频处理中,盲源信号分离方法可以用于提取出不同的音频源,例如乐器音轨、人声等。

下面以一个示例进行分析。

首先,我们随机选择两段音频,分别为X1和X2,并将它们混合产生一个混合音频Y。

然后,利用盲源信号分离方法对Y进行处理,尝试将其恢复出X1和X2。

在Matlab中,可以使用FastICA工具箱实现独立成分分析。

具体步骤如下:(1)读取音频文件,并将音频信号转化为时间序列的形式。

(2)利用FastICA函数对混合音频Y进行处理,得到分离后的音频信号S。

基于非负矩阵分解算法进行盲信号分离

基于非负矩阵分解算法进行盲信号分离

基于非负矩阵分解算法进行盲信号分离
魏乐
【期刊名称】《电光与控制》
【年(卷),期】2004(011)002
【摘要】独立分量分析(ICA)已被广泛运用于线性混合模型的盲源分离问题,但却有两个重要的限制:信源统计独立和信源非高斯分布.然而更有意义的线性混合模型是:观测信号是非负信源的非负线性混合,信源之间可以统计相关且可以为高斯分布.本文针对盲源分离问题,提出了一种运用新近国际上提出的一种非负矩阵分解算法(NMF算法)进行统计相关信源的盲源分离方法,该方法没有信源统计独立和信源非高斯分布的限制,只要信源之间没有一阶原点统计相关,则可很好实现对信源的分离.大量仿真及与传统ICA进行盲源分离的比较,验证了运用NMF进行包括统计相关信源和高斯分布信源的盲源分离的可行性和有效性.
【总页数】5页(P38-41,53)
【作者】魏乐
【作者单位】西安电子科技大学计算机学院,陕西,西安,710071
【正文语种】中文
【中图分类】O241.6
【相关文献】
1.基于投影梯度的非负矩阵分解盲信号分离算法 [J], 李煜;何世钧
2.一种基于正则化方法的非负矩阵分解算法研究与应用 [J], 李小珍
3.基于预处理的超图非负矩阵分解算法 [J], 李向利;贾梦雪
4.基于余弦相似度的稀疏非负矩阵分解算法 [J], 周昌;李向利;李俏霖;朱丹丹;陈世莲;蒋丽榕
5.基于改进非负矩阵分解算法的人脸识别研究 [J], 王焕庭;王鑫印
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盲信号分离算法分析与应用研究

盲信号分离算法分析与应用研究

盲信号分离算法分析与应用研究盲信号分离是信号处理领域非常重要的研究课题,在无线通讯、语音识别、信号加密、特征提取、信号抗干扰、遥感图像解译以及生物医学信号处理等领域具有广泛的应用前景,因而受到了越来越多学者的关注。

尽管盲分离领域的发展很快,不过仍然存在如下问题:怎样分离相关源信号?如何处理大规模或者实时数据集?怎样处理欠定盲分离问题,特别是源信号数目未知的情况下怎样估计源的数目并分离源信号?如何使盲分离技术走向实际应用领域等等。

本文从如下几方面继续探讨了盲分离问题:首先,系统研究了基于非负矩阵分解(nonnegative matrix factorization,NMF)的盲分离方法。

根据观测信号所体现出来的几何特征,在经典的NMF中添加了关于混叠矩阵体积的惩罚项。

进而探讨了源信号的可分性条件,并分析了该条件与源信号稀疏特征之间的关系。

同时,通过采用基于自然梯度的优化算法,使得传统的交替最小二乘乘法更新规则仍然适用于求解基于体积约束的NMF模型。

该约束NMF方法特别适合处理相关信号的盲分离,同时由于采用了体积约束,不仅增强了基于NMF的盲分离方法的可辨识性,而且降低了对源信号的稀疏性要求。

其次,对大规模数据集或者实时数据集,论文介绍了增量或在线盲分离算法,特别推导了基于增量非负矩阵分解的在线盲分离方法。

通过采用充分使用每个样本的“平均遗忘”学习手段,该方法既保障了学习的统计效率,又降低了计算消耗。

由于在每次迭代时,消耗非常小,因而适合于处理在线盲分离问题。

然后,分析了稀疏信号的欠定盲分离问题。

介绍了两类分离方法:1)二步法,即先通过具有优越分类性能的支持向量机方法来估计混叠矩阵,然后采用线性规划方法来恢复源信号,其中在估计混叠矩阵时采用定向非循环图方法将传统的二分类支持向量机推广到了多分类;2)同步法,采用基于约束自然梯度的交替更新优化算法,可以同时估计混叠矩阵和源信号。

与传统采用近似梯度的方法不同,本文从理论上严格推导了学习混叠矩阵的实际梯度,相应的学习结果明显优于近似梯度方法。

数字信号处理中的盲源分离算法研究

数字信号处理中的盲源分离算法研究

数字信号处理中的盲源分离算法研究随着现代通信技术的快速发展,数字信号处理技术的应用范围不断扩大。

数字信号处理的一个重要应用方向是盲源分离。

盲源分离是指在没有任何先验知识的情况下,通过对混合信号的观测,分离出原始信号的一种处理方法。

在多个信号叠加的情况下,盲源分离技术能够有效地分离出每一个单独的信号,从而实现信号的提取和分析。

本文将就数字信号处理中的盲源分离算法进行深入研究。

一、盲源分离概述盲源分离技术被广泛应用于多种信号分析领域,如语音识别、图像处理、声学信号处理等等。

其基本思想是通过对观测混合信号的处理,分离出原始信号,从而实现信号的提取和分析。

盲源分离技术还可以分为线性盲源分离和非线性盲源分离两种。

线性盲源分离通常使用带通滤波器、卷积算法等方法来实现。

非线性盲源分离则需要使用更加复杂的算法,例如独立分量分析(ICA)算法、奇异值分解(SVD)算法以及最小二乘(LMS)算法等。

二、盲源分离算法1. 独立分量分析(ICA)算法独立分量分析(ICA)算法是一种用于盲源分离的非线性算法。

其基本思想是通过对数据进行正交变换,将原始信号分解为互相独立的信号。

ICA算法采用了高斯混合模型,并求出了数据的似然函数。

通过对似然函数进行最大化,可以获得最佳的独立分量约束。

该算法具有简单、高效、有效等特点,因此在信号处理领域得到了广泛的应用。

2. 奇异值分解(SVD)算法奇异值分解(SVD)算法是一种被广泛应用于信号处理领域的线性算法。

其基本思想是将观测信号分解为三部分,即一个左奇异矩阵、一个对角矩阵和一个右奇异矩阵。

SVD算法可以有效地分离出原始信号,并且可以对信号进行频域和时间域分析。

该算法具有高效、稳定的特点,在实际应用中具有广泛的应用前景。

3. 最小二乘(LMS)算法最小二乘(LMS)算法是一种基于最小二乘理论的线性盲源分离算法。

该算法通过最小化误差函数来进行盲源分离。

LMS算法具有简单、实时性强、良好的抗干扰性等特点,在实际应用中具有广泛的应用前景。

Matlab中的混合信号处理和盲源分离指南

Matlab中的混合信号处理和盲源分离指南

Matlab中的混合信号处理和盲源分离指南混合信号处理是一项重要的技术,广泛应用于多个领域,如通信、医疗、音频处理等。

而其中一个关键的任务是盲源分离,即从混合信号中还原原始信号。

在本指南中,我们将深入探讨如何使用Matlab进行混合信号处理和盲源分离。

一、混合信号处理的基础概念混合信号处理是指将多个信号通过某种方式混合在一起,形成一个复合信号。

这种混合可以是线性的或非线性的,具体取决于信号之间的相互作用。

在进行混合信号处理之前,我们首先需要了解混合信号模型和相关的数学模型。

1. 混合信号模型混合信号模型可以表示为以下形式:X = A * S,其中X表示观测信号,A表示混合矩阵,S表示原始信号。

混合矩阵A是一个线性变换矩阵,它将原始信号混合在一起。

而盲源分离的目标就是根据观测信号X和混合矩阵A,还原出原始信号S。

2. 盲源分离的挑战盲源分离是一项挑战性的任务,因为在混合信号中,我们无法直接观测到原始信号S。

而且,混合矩阵A是未知的,我们需要通过一定的方法估计它。

因此,盲源分离需要综合运用信号处理、统计学和数学优化等技术来解决。

二、Matlab中的混合信号处理工具箱Matlab提供了多个工具箱,用于处理混合信号和进行盲源分离。

下面介绍其中几个常用的工具箱:1. Independent Component Analysis (ICA)工具箱ICA是一种经典的盲源分离方法,它基于统计模型,假设原始信号是相互独立的。

ICA工具箱提供了多个函数,用于估计混合矩阵A和还原原始信号S。

例如,"fastICA"函数可以通过最大非高斯性估计混合矩阵A,然后利用反演法还原原始信号S。

2. Sparse Component Analysis (SCA)工具箱SCA是一种基于稀疏表示的盲源分离方法,它假设原始信号在某个特定域内是稀疏的。

SCA工具箱提供了多个函数,用于估计混合矩阵A和还原原始信号S。

例如,"sparseICA"函数可以通过L1范数最小化估计混合矩阵A,并利用迭代算法还原原始信号S。

基于遗传算法的盲源信号分离技术研究

基于遗传算法的盲源信号分离技术研究

基于遗传算法的盲源信号分离技术研究
张少刚
【期刊名称】《自动化与仪器仪表》
【年(卷),期】2011()4
【摘要】提出一种采用遗传算法进行盲信号分离的新方法,为盲信号分离领域提供一种新的研究思路与方法。

该方法基于迁移策略,应用交叉和变异方法,生成新一代的染色体,对由多个源信号混合而成的信号进行盲信号分离。

实例表明了该方法的有效性。

【总页数】3页(P6-7)
【关键词】盲源分离;盲信号处理;自适应算法;遗传算法;染色体
【作者】张少刚
【作者单位】天水师范学院物理与信息科学学院
【正文语种】中文
【中图分类】TP311
【相关文献】
1.基于盲源分离的Multi-Rate DS/CDMA信号扩频序列盲估计 [J], 任啸天;徐晖;黄知涛;王丰华;陆凤波
2.基于遗传算法的多通道癫痫脑电信号盲源分离 [J], 沈晋慧;张罡
3.基于信息论的盲源信号分离在呼吸信号分离中的应用研究 [J], 杨维娜;廖春明
4.基于递阶遗传算法的未知源信号个数盲信号分离 [J], 陈卫东;舒柏(蚬)
5.基于遗传算法的盲源信号分离 [J], 易叶青;林亚平;林牧;李小龙;王雷
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盲源信号分离算法的优化研究

盲源信号分离算法的优化研究

盲源信号分离算法的优化研究随着数字信号处理技术的发展,盲源信号分离算法的应用越来越广泛。

盲源信号分离算法是一种利用多个混合信号重建出原始信号的方法。

该算法已成功应用于语音分离、生物医学信号分析和图像处理等领域。

然而,经典的盲源信号分离算法存在着一些问题,如低信噪比下的失效、盲源信号数的误判等。

因此,对盲源信号分离算法进行优化研究是必要的。

一、盲源信号分离算法基础盲源信号分离算法主要利用混合信号的独立性进行分离。

混合信号可以表示为:$X = AS$其中,$X$ 表示混合信号,$A$ 是混合矩阵,$S$ 是源信号。

独立分量分析(Independent Component Analysis,ICA)是其中比较典型的一种盲源信号分离算法。

ICA 假设源信号是相互独立的,通过最大化相互独立的分量的信息熵来恢复源信号。

二、盲源信号分离算法存在的问题虽然 ICA 在许多领域都有着广泛的应用,但是其仍存在一些缺陷。

比如在低信噪比下会失效,当盲源信号数被误设时也不能得到有效分离。

此外,在实际应用中,混合矩阵 $A$ 往往不完全已知,因此需要先解决混合矩阵估计问题。

三、盲源信号分离算法的优化针对经典盲源信号分离算法的缺陷,我们可以提出以下优化方法:1. 改进 ICA 算法对 ICA 算法进行改进,如改进分布估计方法,扩展到非高斯混合分布上,从而提高其在低信噪比下的稳定性。

同时,也可以在算法中加入声源定位信息、时间延迟信息等辅助信息,提高算法的分离效果。

2. 利用时频分析方法时频分析方法是将时域和频域两种分析方法结合起来,可以对非平稳信号进行分析。

利用时频分析方法可以得到源信号在时频域的分布情况,因此可以进一步提高分离的准确率。

3. 统计独立性度量方法为了更精确地确定盲源信号数,可以利用交叉熵、互信息等统计独立性度量方法,对盲源信号数进行估计。

同时,也要注意估计误差的影响,如估计误差较大时对误判的处理方式等。

4. 独立成分分析结合其他算法将 ICA 与其他计算方法结合起来,如小波变换、神经网络等。

几种盲源分离算法的比较

几种盲源分离算法的比较

几种盲源分离算法的比较
王微微;邵鸣;许建华
【期刊名称】《电脑与信息技术》
【年(卷),期】2008(016)004
【摘要】文章研究了基于高阶统计量的FastlCA算法、基于信息理论的Infomax 算法和基于四阶统计量的JADE算法等几种典型盲源分离算法在噪声环境下的分离性能.比较结果显示各种算法分离噪声信号的性能是不同的.对于某些混有一定噪声的特定信号,某些算法的分离性能要优于其他信号.研究结果还表明,基于信噪比和信号的特性来选择盲源分离算法能够给出令人满意的分离效果.
【总页数】3页(P8-10)
【作者】王微微;邵鸣;许建华
【作者单位】中国石油大学(华东)信息与控制工程学院自动化系,山东东
营,2570612;中国石化集团胜利测井巴州分公司,新疆库尔勒,841000;东方地球物理勘探公司研究院库尔勒分院,新疆库尔勒,841000
【正文语种】中文
【中图分类】TN911.7
【相关文献】
1.基于源数估计的无约束欠定盲源分离算法 [J], 付永庆;郭慧;苏东林;刘焱
2.基于APSO的盲源分离算法在盲图像分离中的应用 [J], 王猛;张文爱
3.基于最大信噪比的盲源分离算法的修正与比较 [J], 高剑茹;高宝成
4.多种概率分布源的盲源分离快速算法 [J], 徐尚志;苏勇;叶中付
5.盲源分离中AMUSE算法的分离效果试验研究 [J], 张启明
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盲源信号分离算法研究及应用

盲源信号分离算法研究及应用

生物医学信号处理
盲源信号分离算法可以用来提取脑电信号 、心电信号等生物医学信号中的特征信息 ,为疾病诊断和治疗提供支持。
音频和音乐处理
盲源信号分离算法可以用来提取音频和音 乐信号中的特征信息,实现音频和音乐的 分类、识别和推荐等应用。
06
总结与展望
总结
盲源信号分离算法的 原理和应用
盲源信号分离是一种无监督的学习算 法,它利用混合信号的统计独立性, 通过学习混合矩阵,将源信号进行分 离。该算法在语音信号处理、生物医 学信号处理、通信信号处理等领域具 有广泛的应用前景。
基于循环相关的盲源信号分离算法流程
输入混合信号
将多个源信号混合成一个观测信号。
计算循环相关
计算观测信号与源信号之间的循环相关函 数。
盲源分离
利用循环相关函数的信息,通过算法实现 盲源分离。
输出分离信号
得到分离后的源信号。
基于循环相关的盲源信号分离算法的优缺点
优点
基于循环相关的盲源信号分离算法具有对源信号的稀疏性要求较低的优点,适用于实际应用场景中源 信号数目较多且相互之间存在循环相似性的情况。
基于高阶累积量的盲源信号分离算法的优缺点
• 基于高阶累积量的盲源信号分离算法的优点包括 • 适用于非高斯和非线性信号的处理。 • 可以有效地从混合信号中提取出源信号。 • 在处理过程中,不需要任何关于源信号或混合过程的先验信息。 • 其缺点包括 • 高阶累积量的计算复杂度较高,需要大量的数据和计算资源。 • 在某些情况下,可能会出现过度拟合或欠拟合的问题,需要仔细调整
盲源信号分离算法研究及应 用
2023-10-28
目录
• 盲源信号分离算法概述 • 基于独立成分分析的盲源信号分离算法 • 基于高阶累积量的盲源信号分离算法 • 基于循环相关的盲源信号分离算法 • 盲源信号分离算法在通信系统中的应用 • 总结与展望

基于无监督学习的盲信号源分离技术研究

基于无监督学习的盲信号源分离技术研究

第33卷第1期电子科技大学学报V ol.33 No.1 2004年2月Journal of UEST of China Feb. 2004 基于无监督学习的盲信号源分离技术研究傅 彦,周俊临(电子科技大学计算机科学与工程学院成都 610054)【摘要】以独立分量分析为主要对象, 描述了盲信号源分离技术的基本模型,介绍了盲分离的主要方法和数学原理, 分析了盲信号源的可辨识性。

提出基于神经网络无监督学习的盲分离方法,并改进了分离效果评判指标。

在生物信息处理的背景下将人工神经网络和信息理论相结合,解决了盲信号源分离,自适应地求得分离矩阵,且可以同时分离具有正峭度和负峭度的信号源,对盲信号源分离的研究有极大的促进作用。

关键词盲信号源分离; 神经网络; 无监督学习; 独立分量分析板中图分类号TN911; TN911.7 文献标识码 AResearch of Blind Source Separation Technology whichBased on Unsupervised LearningFu Yan,Zhou Junlin(School of Computer Science and Engineering, UEST of China Chengdu 610054)Abstract This paper focuses on the independent component analysis presenting a review on the basic model, the main method, the mathematical principle of blind source separation,analyzing the possibility of separation. The paper puts forward the method that based on the neural network unsupervised learning, also, improves the index on separation effects. Under the biology information processing background, combining artificial neural network with information theory to resolve this kind of problem can get the separation matrix adaptively by itself. It can separate mixtures which have both positive and negative kurtosis, and promotes the research of blind source separation greatly.Key words blind source separation; neural network; unsupervised learning; independent component analysis盲源分离在语音、阵列处理、无线数据通信、图像、医学和地震信号处理等领域有广阔的应用前景。

盲源分离算法的研究与应用

盲源分离算法的研究与应用

盲源分离算法的研究与应用盲源分离算法是一种用于从混合信号中恢复原始信号的方法,主要应用于信号处理、音频处理、图像处理等领域。

在这篇文章中,我将介绍盲源分离算法的原理、应用和最新研究进展。

一、原理盲源分离算法的核心在于估计各种源信号的组合权重和各种源信号本身。

在具体实现时,通常采用图像处理、线性代数、信号处理等技术进行计算。

其中,最常用的方法是独立成分分析(ICA)和二次统计量分析(SCA)。

ICA算法的基本思路是将所有混合信号拆分为各种源信号的线性组合。

这样,如果我们能找到一组线性变换,使得每个混合信号的统计独立性最大化,那么我们就可以恢复出原始的源信号。

而SCA算法则是基于二次统计量进行计算的。

它通过对信号进行协方差矩阵分析,从而计算出各个源信号之间的相关性。

虽然ICA和SCA是两种不同的盲源分离算法,但它们的基本思想都是在最大化各个源信号的独立性和相关性的基础上,恢复出原始信号。

二、应用盲源分离算法是一种非常实用的工具,可以应用于许多领域。

以下是一些常见的应用场景:1. 音频信号处理。

盲源分离算法可以用于处理包括语音、音乐等各种音频信号,从而提高音质或实现实时语音识别等。

2. 图像处理。

盲源分离算法可以用于图像去模糊、美颜、人脸识别等。

3. 生物医学。

在生物医学领域,盲源分离算法可以用于脑电信号分析、生理信号分析等。

4. 通信。

盲源分离算法可以用于无线通信、语音信号处理等方面,从而提高通信质量。

以上仅是盲源分离算法的一些应用场景,实际上,它在许多领域都有广泛的应用。

三、最新研究进展盲源分离算法发展迅速,每年都会有很多新的研究成果。

以下是一些最新的研究进展:1. 基于深度学习的盲源分离。

深度学习技术在盲源分离领域的应用日益广泛,不仅可以提高计算效率,还可以更准确地估计源信号。

2. 基于GPU加速的盲源分离算法。

GPU加速技术可以大幅提高计算速度,更快地完成盲源分离任务,从而提高信号处理效率。

3. 盲源分离算法的实时应用。

盲源分离论文:通信信号的盲源分离算法研究

盲源分离论文:通信信号的盲源分离算法研究

盲源分离论文:通信信号的盲源分离算法研究【中文摘要】随着计算机技术的飞速发展,数字信号处理技术在通信、医学等领域得到了广泛的应用。

盲源分离技术作为一种尖端的信号处理方法成为众多学者竞相研究的对象。

盲源分离技术是指在未知原始信号和信号传输信道的情况下,只根据原始信号独立的统计特征,通过传感器的输出信号将原始信号恢复出来的过程。

按未知信号传输信道的传输模式可以将盲源分离分为线性盲源分离和非线性盲源分离。

线性映射下盲源分离可以只利用源信号的独立条件解决,而非线性映射下的盲源分离则是一个棘手的病态问题,需要大量的工作对它进行研究。

本文分别对线性盲源分离问题与非线性盲源分离问题进行了研究。

对于线性映射下的盲源分离问题,本文系统地研究了基于信息论、联合近似对角化及负熵的盲源分离算法,其中基于负熵的FastICA算法具有收敛速度快的优势,可以实时地应用于工程环境中,但它的求解依赖于初始分离矩阵的设置。

本文对FastICA算法进行了改进,提出将牛顿下降法与Shamarskii法结合以改变原来的迭代方式,降低算法对随机初始分离矩阵的敏感性。

利用实信号及复信号分别对改进后的FastICA算法进行仿真,结果表明改进后的FastICA算法不再敏感于随机分离矩阵的初始设置且提高了分离效果及收敛速度,与基于信息论、联合近似对角化的盲源分离算法相比分离效果及收敛速度更优。

对于非线性映射的情况,本文针对后非线性混合研究了马尔可夫的盲源分离(Markov-PNL)和互信息的盲源分离(MIM-PNL)算法。

本文在研究Markov-PNL算法基础上探讨了马尔可夫阶对算法性能的影响;传统的MIM-PNL与Markov-PNL算法因计算评分函数使收敛速度较慢,本文在评分函数参数化的基础上,利用多层感知器进行后非线性盲源分离,并对算法迭代式增加阻尼项,使算法更快地达到收敛。

仿真结果表明改进的MIM-PNL算法提高了分离效果及收敛速度。

【英文摘要】With the rapid development of computer technology, digital signal processing technology in communication, medicine and other fields has been widely used. Blind Source Separation (BSS) technique as a sophisticated signal processing method is researched by many scholars.BSS recover unknown signals only based on independent statistical characters of the original signals without any prior knowledge of the signal transmission channel and source signals. The BSS can be divided into linear blind source separation and nonlinear blind source separation by transmission mode. Under linear map, BSS can be resolved only use the independent statistical character between the source signals. Nonlinear map is a sick problem and hard to make. It need more work on this subject.This paper researched the linear and nonlinear blind source separation.For the linear mapping BSS problem, we systematically studied the algorithms based on informationtheory, joint approximate diagonalization and the negative -entropy, in which negative-entropy-based FastICA algorithm has the advantage of fast convergence, suitably applied in the engineering environment, but its drawback is also exist. The answer is sensitive to the initial of separating matrix, inappropriate initialization of the separating matrix will come to wrong solutions. In this paper, FastICA algorithm is improved by combing Newton’s method and Shamarskii method to change the iteration mode. This will reduce the sensitivity on the initialization of separating matrix. Real signal simulation and complex signal simulation showed that the improved FastICA algorithm is not sensitive to the separating matrix which randomly initialed, and the separation efficiency and convergence rate are also improved. Compared with algorithms based on information theory, joint approximate diagonalization, improved FastICA is better. For the case of non-linear mapping, this paper studied Markov Post-Nonlinear separation (Markov-PNL) algorithm and the mutual information Post-Nonlinear separation (MIM-PNL). Firstly for the Markov-PNL, this paper discussed the effect which Markov order make on. The stimulation shows the weak instance of the Markov-PNL algorithm; as traditional MIM-PNL and Markov-PNLboth calculate the score function, the convergence speed is slow. Base on parametric of the score function, this paper use multilayer perception for nonlinear blind source separationand add a damping term to the iteration which speed up the convergence. Simulation result shows that the improved MIM-PNL algorithm increased separating efficiency and convergent speedin some extend.【关键词】盲源分离 FastICA 后非线性评分函数马尔可夫【英文关键词】BSS FastICA post non-linear score function Markov【备注】索购全文在线加好友:1.3.9.9.3.8848同时提供论文写作一对一指导和论文发表委托服务【目录】通信信号的盲源分离算法研究摘要4-5Abstract5-6第一章绪论9-13 1.1 盲源分离的研究背景及意义9-10 1.2 盲源分离研究的应用10-11 1.3 课题的研究内容11-12 1.4 论文内容安排12-13第二章盲源分离的基本理论13-28 2.1 盲源分离的基本模型13-16 2.2 统计知识16-19 2.3 信息论基础知识19-23 2.3.1 熵19-21 2.3.2互信息量21-22 2.3.3 负熵22-23 2.4 信号预处理23-25 2.4.1 零均值化23 2.4.2 白化23-25 2.5 盲源分离的性能评价指标25-26 2.6 本章小结26-28第三章线性盲源分离算法的研究28-48 3.1 基于信息论的盲源分离28-31 3.2 极大似然度的盲源分离31-33 3.2.1 似然估计31-32 3.2.2 极大似然盲源分离算法32-33 3.3 联合近似对角化的盲源分离算法33-34 3.4 FastICA 算法及其改进34-45 3.4.1 FastICA 算法的研究34-36 3.4.2 FastICA 算法的改进36-39 3.4.3 仿真分析39-45 3.5 算法的对比与分析45-47 3.6 本章小结47-48第四章后非线性盲源分离算法的研究48-63 4.1 非线性盲源分离解的存在性及不确定性48 4.2 后非线性盲源分离的模型48-49 4.3 基于马尔可夫的后非线性盲源分离研究49-57 4.3.1 马尔可夫盲源分离算法49-53 4.3.2 仿真分析53-57 4.4 基于互信息量的后非线性盲源分离研究57-61 4.4.1 基于互信息的后非线性盲源分离57-58 4.4.2 算法的改进58-60 4.4.3 仿真分析60-61 4.5 本章小结61-63第五章总结与展望63-65参考文献65-69攻读学位期间发表的学术论文69-70致谢70-71。

Matlab盲源分离方法与实例

Matlab盲源分离方法与实例

Matlab盲源分离方法与实例在信号处理领域中,盲源分离是一项重要的任务。

盲源分离即通过对混合信号进行分析和处理,将原始信号从混合信号中分离出来。

这项技术在语音识别、音频处理、图像处理等领域中有着广泛的应用。

在本文中,我们将通过介绍Matlab中的盲源分离方法和实例,帮助读者更好地理解和应用这一技术。

一、盲源分离的基本原理盲源分离的基本原理是利用混合信号中的统计特性来估计信号源的分布。

通过对混合信号的统计特性进行分析,可以得到源信号的估计结果。

这样,就可以实现对混合信号中的源信号的分离和重构。

1.1 盲源分离的前提假设盲源分离的方法一般基于以下两个假设:1) 混合信号是线性叠加的。

2) 源信号之间是相互独立的。

在实际应用中,尽管这两个假设并不总是成立,但是通常可以通过一定的预处理方法来满足这些假设。

例如,可以通过滤波、噪声抑制等方式来满足混合信号是线性叠加的假设。

1.2 盲源分离的方法盲源分离的方法可以分为线性方法和非线性方法两类。

线性方法主要包括独立成分分析(ICA)、主成分分析(PCA)等,而非线性方法包括二次熵最小化(QCM)、最小均方误差(MMSE)等。

在本文中,我们将重点介绍其中的独立成分分析(ICA)方法。

二、Matlab中的盲源分离方法Matlab是一种常用的科学计算软件,提供了丰富的工具箱和函数来支持信号处理任务。

在盲源分离领域,Matlab提供了ICA工具箱,可以方便地实现独立成分分析方法。

下面将介绍Matlab中ICA工具箱的使用方法,并通过一个实例来展示其应用效果。

2.1 Matlab中的ICA工具箱Matlab中的ICA工具箱是一个方便易用的工具,提供了多种ICA算法的实现。

使用该工具箱,可以通过简单的函数调用实现对混合信号的盲源分离。

以下是在Matlab中使用ICA工具箱实现盲源分离的基本步骤:1) 加载混合信号数据:首先,需要将混合信号数据加载到Matlab中。

可以使用Matlab提供的文件读取函数将数据读入到变量中。

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毕业论文(设计)材料题目:基于 MATLAB 的线性盲信号分离算法的研究学生姓名:孙烽原学生学号:0908030229系别:电气信息工程学院专业:电子信息工程届别:2013指导教师:张大雷填写说明1、本材料包括淮南师范学院本科毕业论文(设计)任务书、开题报告以及毕业论文(设计)评审表三部分内容。

2、本材料填写顺序依次为:(1)指导教师下达毕业论文(设计)任务书;(2)学生根据毕业论文(设计)任务书的要求,在文献查阅的基础上撰写开题报告,送交指导教师审阅并签字认可;(3)毕业论文(设计)工作后期,学生填写毕业论文(设计)主要内容,连同毕业论文(设计)全文一并送交指导教师审阅,指导教师根据学生实际完成的论文(设计)质量进行评价;(4)指导教师将此表连同学生毕业论文(设计)全文一并送交评阅教师评阅。

3、指导教师、评阅教师对学生毕业论文(设计)的成绩评定均采用百分制。

4、毕业论文(设计)答辩记录不包括在此表中。

一、毕业论文(设计)任务书要求完成的主要任务及达到的目标顾名思义,盲信号是指未知的、有杂乱无章特征的信号,人们难以得知源信号以及源信号的结合形式。

对于盲信号的处理是通信时代比较前沿的技术之一,从接收信号中尽力还原源信号的技术称为盲源分离、盲信号提取。

这已经称为通信信号学术领域的研究焦点。

盲信号处理如今广泛被语音识别、语音增强、图像处理、通信系统、地震探测、遥感、数据挖掘、计量经济学、医学成像等领域所应用。

根据传输介质的不同混合方式,盲信号处理有线性瞬时混合信号盲处理、线性卷积混合信号盲处理、非线性混合信号盲处理三种。

本研究主要讨论有线性瞬时混合信号忙处理的计算方法。

•对盲信号处理学各类算法的了解和掌握;•对有线瞬时混合信号忙处理方法的熟悉和精通;•对于MATLAB软件的熟练操作;•实现用MATLAB软件实现对线性盲信号分离算法。

在此基础上巩固、加深和扩大MATLAB应用的知识面,进一步了解用此款软件对数字信号处理、数字图像处理、工程设计等的应用。

加深对盲信号处理知识的掌握深度,加强对线性盲信号分离算法的理解,提高综合及灵活运用所学知识研究各类数学算法的能力。

学会查阅书籍,并且要能够熟练的运用数学软件、编写程序、仿真、处理信号问题的方法、内容及步骤。

学会对课题设计方案的分析、选择、比较。

工作进度要求2012.12.1——2012.12.28 撰写开题报告2012.12.29——2012.12.31 拟定论文提纲2013.1.1——2013.2.28 撰写论文初稿2013.3.1——2013.4.31 论文修改2013.5.1——2013.5.14 论文定稿指导教师签名:年月日二、毕业论文(设计)开题报告课题研究目的盲信号是指未知的、有杂乱无章特征的信号,难以得知源信号以及源信号的结合形式。

对于盲信号的处理是通信时代比较前沿的技术之一,从接收信号中尽力还原源信号的技术称为盲源分离、盲信号提取。

这已经称为通信信号学术领域的研究焦点。

盲信号处理如今广泛被语音识别、语音增强、图像处理、通信系统、地震探测、遥感、数据挖掘、计量经济学、医学成像等领域所应用。

根据传输介质的不同混合方式,盲信号处理有线性瞬时混合信号盲处理、线性卷积混合信号盲处理、非线性混合信号盲处理三种。

本研究主要讨论有线性瞬时混合信号忙处理的计算方法。

在对盲信号线性分离算法的牢固掌握和对MATLAB软件熟练操作的基础上巩固、加深和扩大MATLAB应用的知识面,加深对盲信号处理知识的掌握深度,加强对线性盲信号分离算法的理解,提高综合及灵活运用所学知识研究各类数学算法的能力。

学会查阅书籍,并且要能够熟练的运用数学软件、编写程序、仿真、处理信号问题的方法、内容及步骤。

学会对课题设计方案的分析、选择、比较。

课题研究计划根据课题的实际需要和研究现状,为更好地高效地保证完成论文,拟如下具体安排:第一阶段:查阅文献、资料第二阶段:撰写论文开题报告第三阶段:实验探索第四阶段:论文定稿与答辩工作进度2013.1.1——2013.2.28 学习了解MATLAB软件的应用方法、操作流程、各种功能和本次设计所需要的相关原理,与指导老师就所研究的课题进行详细的探讨后再逐条拟定论文提纲。

2013.3.1——2013.3.31 尽力完成论文课题实物并撰写论文初稿。

2013.4.1——2013.4.30初稿完成后,根据指导老师意见就细节和内容进行修改论文。

2013.5.1——2013.5.14多次修改后,最终定稿并上交指导老师。

本课题研究现状(需附适量参考文献)MATLAB是由美国mathworks公司最先发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。

它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中,为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案,并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言(如C、Fortran)的编辑模式,代表了当今国际科学计算软件的先进水平。

在20世纪70年代由新墨西哥大学某系主任发明,1984年由MathWorks公司推向市场,并于20世界九十年代称为世界领先的数学工具软件。

最新版本为2012a及2012b版。

MATLAB的特点有:具备高效的数值计算及符号计算功能,能使用户从繁杂的数学运算分析中解脱出来;具有完备的图形处理功能,实现计算结果和编程的可视化;具有友好的用户界面及接近数学表达式的自然化语言,使学者易于学习和掌握;具备功能丰富的应用工具箱(如信号处理工具箱、通信工具箱等) ,为用户提供了大量方便实用的处理工具。

其优势在于:编程环境优良、简单易懂、方便使用、处理能力强大、具备图形处理能力等。

信号分离,就是从收到的许多信号里通过各种办法提取到源信号,历来被认为是通信技术中的基本问题和关键问题。

各种时域的、频域的、空域的、码域的滤波器都是信号分离的典型处理器。

但这些分离器只能在已知源信号和通信链路的特征时才能有效,而未知源信号和通信通道性质的接收信号就必须用到盲信号分离技术。

盲信号分离,即BSS,也是通信技术中最被看重的技术热点,是指仅根据接收到的盲信号来分析估计源信号的技术。

现在最流行的技术是独立分量分析,即ICA,它可以把检测到的复合信号使用统计独立的办法然后优化算法分解成一些独立分量,由此估计得出源信号的各个混合信号。

当然这种技术有一定的不确定性,得出的结果也不一定正确。

盲信号分离技术主要成长在上个世纪八十年代的后期,当时的Jutten与Herault提出了使用2个混迭源信号相分离的自适应算法,即J-H递归神经元网络,加强了使用数学方法解决信号分离。

后来他们与Comon以及Sorouchyari在九十年代初期发表了关于盲源分离的标志性文章,使得盲源分离技术取得巨大突破。

另有L.Tong先生对可辨识性问题进行了初步的研究。

而Comon在1994年全面的提出了独立分量分析的说法,提出只要做到提取的各个信号的独立性,就可以恢复成源信号。

这给以后本学术界的发展提供了强大的理论基础。

另外,一年后信息最大化法被提出,到了1996年哈佛大学应用数学博士曹希仁解决了盲信号分离的可解条件。

之后,各路学者又给出了非线性PCA算法、最大似然算法、基于自然梯度的互信息最小算法、定点算法FastICA等。

到了21世纪,因为学术界盲信号分离技术的逐渐成熟,又有很多学者提出了例如含噪声分离、欠定盲分离、卷积盲分离、非线性盲分离等一系列的技术。

因为源信号混合的不同,可以分为线性混合和非线性混合两种情况,线性混合信号分离的构造可以用下式表明:X(t)=AS(t)+n(t),其中X(t)是我们最后接收到检测到的m维数据向量,S(t)则是n维源信号的向量。

A为混合矩阵,m*n维,我们忽略加性噪声n (t),可以把盲信号分离问题描述为:不知道A和S(t)而仅知道X(t)的情况下利用S(t)的统计特性确定另一矩阵W,得出Y(t)=WX(t),则认定Y(t)为源信号的相似变换,只改变了其幅值和各分量的顺序。

为实现盲信号的成功分离,我们有必要做一定的假设,即源信号的各个分量是统计独立的一定程度上属于平稳随机过程,并且最多只有一个是服从高斯分布的,矩阵A为列满秩或者是可逆的。

为了使得盲信号分离更为简单,还可以假设源信号的各个分量是均值为零,方差为1的随机信号。

在这样的假设下,我们可以应用上述数学方法实现源信号的提取和分离,当然得出的Y(t)的幅值和排序会不确定,但在实际应用中,这两个方面的不够准确都是允许的。

目前在实际运用中比较常见的两种盲信号分离方法为独立分量分析方法(ICA)和非线性PCA方法。

独立分量分析法一般是以分离矩阵W为因变量,多得出对比函数,这个函数值的大小可以证明所求函数各个分量的独立性的多少,我们可以通过各种数学方法使得分离矩阵W把对比函数的值优化,以使得输出混合信号的各个分量做到最为独立。

其“对比函数”,也被称为“准则函数”。

根据独立分量分析,有两种主要的优化方法,即最小互分析法和最大熵法两种。

互信息是指所求函数的各个分量的联合概率密度函数和边缘概率密度函数的乘积,可以知道其值只能是正数或者零。

当所求函数的各个分量独立时,其值取零,其互信息的值不断减小,则表示所求函数Y(t)的独立性增强。

而互信息函数也是一个对比函数,这时我们引入高阶统计量,先对所求函数Y(t)各个分量的概率密度函数进行估值,让它与其边缘概率密度函数相乘,得出互信息函数,然后根据具体复杂情况选择其中的项进行优化,再使用梯度算法得到分离矩阵的优化算法。

熵是互信息的对立概念,表示信息的不确定性的程度,其值越大,说明信号各个分量的独立性越大,由此我们可以用复杂的公式优化最大熵,其原理与最小互信息法是一样的。

典型的集中独立分量分析算法包括随机梯度算法、自然梯度算法、固定点算法等。

非线性主分量分析则主要包括RLS型算法、非线性PCA子空间学习算法、双梯度算法、非线性GHA算法等。

参考文献[1]李小军,朱孝龙,张贤达.盲信号分离研究分类与展望。

西安电子科技大学学报,2004[2]张贤达,保铮.盲信号分离.电子学报,2001[3]何培宇,殷斌.一种有效的语音盲信号简化混合模型.电子学报,2002[4]吴军彪,陈进,伍星.基于盲源分离技术的故障特征信号分离方法.机械强度,2002[5]傅予力.关于盲信号自适应分离中非线性函数的讨论.自动化学报,2005[6]李木森,毛剑琴.盲信号分离的现状和展望.信息与电子工程,2003[7]游荣义,陈忠.一种基于ICA的盲信号分离快速算法.电子学报,2004[8]冯大政等.盲信号分离问题多阶段分解算法.自然科学进展,2002[9]姜卫东,高明生等.基于相邻频点幅度相关的语音信号盲源分离.电路与系统学报,2005[10]郝志华,马孝江,王奉涛等.非平稳信号的盲源分离在机械故障诊断中的应用.振动与冲击,2006[11]朱孝龙,张贤达。

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