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《中国科学技术大学》 2007年
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粒子滤波在单通道信号分离中的应用研究

刘凯  
【摘要】: 单通道信号分离是信号处理研究领域近年来高速发展的分支之一,是一个基本的、极富挑战性的研究课题。它在信号去噪、无线通讯、语音信号处理、生物医学信号处理、地震信号处理等众多领域有着广泛而诱人的应用前景。随着大量非线性信号处理问题的出现,以及对信号处理精确性、灵活性和实时性要求的不断提高,传统线性数字信号处理技术已经不能完全满足信号处理的需求,非线性数字滤波理论和技术逐渐发展起来,其中以粒子滤波为代表的基于蒙特卡罗思想的贝叶斯滤波是很重要的一部分。与之前出现的各种非线性滤波器相比,粒子滤波方法的应用面更广,它可以解决很多非线性非高斯问题,同时在粒子总数足够大时,它的收敛速率与状态维数无关,针对高维状态的滤波问题也能很好的收敛。 本文针对单通道非线性信号的分离问题,分析研究了相关算法的文献与专著,以粒子滤波为理论基础,针对混沌信号和PCMA(Paired Carrier Multiple Access)信号的去噪、分离等问题,做了一些有意义的研究和探索,论文各章节的内容为: 第一章:绪论。首先概述了单通道信号处理在各个领域的应用,然后讨论了单通道多分量混合信号的可分离性,给出了单通道环境下信号分离的基本条件,最后对论文的主要工作与笔者所做的贡献进行了阐述。 第二章:贝叶斯滤波。从贝叶斯的迭代估计入手,介绍了线性高斯下的最优解:卡尔曼滤波,回顾了现有的一些非线性滤波算法。针对这些非线性滤波算法的局限性,明确了蒙特卡罗方法的重要意义,最后介绍了蒙特卡罗方法中各种粒子抽样方法。 第三章:粒子滤波。针对序贯信号处理问题,简要回顾了粒子滤波从序贯重要性抽样,到重抽样,再到正则化方法的整个发展过程,深入讨论了粒子滤波方法的思想、具体框架,指明了算法中可能存在的问题,并给出了相应的增强算法。 第四章:单通道非线性信号的估计。本章主要以混沌信号为代表,讨论了单通道非线性信号的处理问题,根据混合信号数量的不同,分成混沌去噪和混沌分离两类问题讨论。文中分别提出了基于粒子滤波思想的去噪和分离算法。在有无状态噪声,以及状态噪声和观测噪声是否高斯的各种情况下,详细分析了各种重要性函数的选取及性能。在无状态噪声的情况下,研究了退化现象产生的原因并给出了解决方案;在有状态噪声的情况下,根据状态噪声和观测噪声的特性,给出了可以选取最优重要性函数的一般性条件,推导了相应的重要性权重表达式;最后针对混沌系统中存在未知参数的联合估计问题,提出了一种联合估计算法,在参数非时变和时变的情况下,分别利用核平滑和AR建模方法实现了参数的迭代。对于时变情况,在合适的状态空间模型下,采用混合卡尔曼滤波方法实现混沌信号和未知参数的联合估计,取得了更优的性能。 第五章:单通道PCMA信号欠定盲分离。对于一般的通信信号,信号的非线性通常是由于复杂信道或者发送接收机制引起的,本章针对非合作环境下单通道PCMA信号的欠定盲分离问题,考虑实际应用中存在的频偏、定时偏差、初始相位等诸多不确定因素,建立了单通道下两路同频混合调制信号基带处理的一般性模型,把盲分离问题转化成了未知参数和信息符号的联合估计问题。根据一般性模型,分析了混合信号间的状态空间差异,利用该状态空间差异提出了一种基于粒子滤波的盲分离算法。在运用粒子滤波算法时,考虑到通信信号状态空间有限的特点,推导出了最优重要性函数的表达式;同时针对模型的卷积特性,在算法中引入平滑处理,缓存更多的接收信息进行状态估计,提高了估计性能。为了充分利用接收信号的信息,提出了一种利用多倍过采样的粒子滤波盲分离增强算法,极大的提高了分离性能。同时还具体讨论了本章提出的盲分离算法的模糊性,针对真实的卫星数据,采用了两种后处理方法,有效的减少了算法模糊性对分离性能的影响。 第六章:结论及展望。最后这一章对论文进行了总结,简要阐述了当前单通道信号分离发展的趋势和面临的问题,总结了笔者所做的工作。
【学位授予单位】:中国科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TN713

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 谭韦君;丁万山;;基于红外传感器和ARM的大气有害气体浓度监测系统[J];传感技术学报;2011年03期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 王伟;置换混叠图像的盲分离及应用研究[D];上海大学;2011年
2 段新涛;置换混叠图像盲分离特征域方法研究[D];上海大学;2011年
3 成昊;多分量信号分离与参数估计研究[D];电子科技大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 冯卫娜;非线性系统参数和状态联合估计新算法研究[D];郑州大学;2010年
2 张锐;单通道同频混合GMSK信号解调研究[D];电子科技大学;2011年
3 唐谊;粒子滤波及其在通信信号处理中的应用研究[D];电子科技大学;2011年
4 郭长勇;基于粒子滤波的多分量调频定距侦察信号分离与参数提取[D];南京理工大学;2012年
5 刘子龙;盲信号处理中信源数目估计方法研究[D];中北大学;2012年
6 李响;基于粒子滤波的单通道盲分离算法研究[D];郑州大学;2012年
7 王青;视频跟踪的粒子滤波算法研究与实现[D];东北大学;2010年
8 张海洋;基于粒子滤波的红外目标跟踪的研究[D];湖南大学;2012年
9 梁红;基于小波类变换的数字水印嵌入和盲提取方法[D];大连海事大学;2013年
10 李婷;数字通信信号的盲源分离技术研究[D];西安电子科技大学;2013年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前5条
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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8 李雁斌;曹作良;刘常杰;叶声华;;基于粒子滤波的全方位视觉传感器实现移动机器人导航[J];传感技术学报;2009年05期
9 李长庚;李新兵;谭鹏飞;盛利元;;基于Monte Carlo的无线传感器网络定位算法[J];传感器与微系统;2008年03期
10 汤文亮;黄智水;;无约束插值的Monte Carlo无线传感器网络节点定位方法[J];传感器与微系统;2010年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
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2 张应博;秦钟;王法胜;;神经网络训练中的粒子滤波算法[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
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4 ;Particle Filter Tracking in Low Frame Rate Video[A];中国自动化学会控制理论专业委员会A卷[C];2011年
5 周开军;余伶俐;;基于粒子滤波器的故障预测方法[A];中国自动化学会控制理论专业委员会A卷[C];2011年
6 王亚楠;陈杰;甘明刚;;基于差分进化的改进粒子滤波目标跟踪算法[A];中国自动化学会控制理论专业委员会C卷[C];2011年
7 杨晓东;向凤红;毛剑琳;郭宁;;改进粒子滤波算法在二元无线传感器网络目标跟踪的应用[A];中国自动化学会控制理论专业委员会C卷[C];2011年
8 吕德潮;马冠一;;自适应重采样粒子滤波在GPS定位中的应用[A];第三届中国卫星导航学术年会电子文集——S07北斗/GNSS用户终端技术[C];2012年
9 吴琼;马文强;李茗萱;张漫;刘刚;;基于GPS和IMU的农业机械导航定位融合方法研究[A];中国农业工程学会2011年学术年会论文集[C];2011年
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王玉全;基于全景视觉的移动机器人同时定位与地图创建方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 孟凡彬;基于随机集理论的多目标跟踪技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 王小旭;非线性SPKF滤波算法研究及其在组合导航中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 杨萌;非线性滤波及在惯导系统传递对准中应用研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 刘美;WSN多目标跟踪节点任务分配及跟踪算法研究[D];华南理工大学;2010年
6 周茜;混沌理论及应用若干问题的研究[D];南开大学;2010年
7 邓晓波;杂波中的弱小目标检测与跟踪研究[D];电子科技大学;2010年
8 陈鹏;目标跟踪与背景减除算法研究[D];浙江大学;2010年
9 李鸿斌;面向目标跟踪的移动无线传感器协作算法研究[D];浙江大学;2010年
10 宫轶松;粒子滤波算法研究及其在GPS/DR组合导航中的应用[D];解放军信息工程大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 冯卫娜;非线性系统参数和状态联合估计新算法研究[D];郑州大学;2010年
2 李东起;基于VxWorks的水下目标探测跟踪研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 孙柏虹;基于MEMS的捷联航姿系统初始对准技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 包玉刚;视频图像中的运动目标跟踪算法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 韩冬梅;基于P2P的教学信息资源负载均衡调度算法的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 徐涛;基于多传感器融合的水下机器人自主导航方法研究[D];中国海洋大学;2010年
7 马勤;基于群体智能算法的动态目标跟踪技术研究[D];天津理工大学;2010年
8 黄文娟;基于人工鱼群算法的动态目标跟踪技术研究[D];天津理工大学;2010年
9 吴孟俊;基于不同模型的运动目标跟踪算法研究[D];华东理工大学;2011年
10 张继旺;无线定位中时延估计算法研究[D];北京交通大学;2011年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 闫伟齐,邹建成,齐东旭;一种基于DES的数字图像置乱新方法[J];北方工业大学学报;2002年01期
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3 吴一全;纪守新;尹丹艳;;双树复小波和独立分量分析的红外小目标检测[J];兵工学报;2010年11期
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5 加春燕;崔丽;黄海洋;;Gabor变换估计运动模糊方向角[J];北京师范大学学报(自然科学版);2008年06期
6 曾佐祺;李赞;;基于Viterbi算法的GMSK信号解调性能分析与仿真[J];重庆邮电大学学报(自然科学版);2008年02期
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8 吴希军;王玉田;田瑞玲;刘学才;;取样光栅滤波的新型光纤甲烷差分检测系统[J];传感技术学报;2010年01期
9 马睿;石云;;基于奇异值分解的DWT域多重数字水印算法[J];河南城建学院学报;2011年06期
10 彭伟军,胡懋成,罗汉文,宋文涛;提高卫星通信系统容量的一种新技术[J];电讯技术;1999年06期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王伟;置换混叠图像的盲分离及应用研究[D];上海大学;2011年
2 贾东立;改进的差分进化算法及其在通信信号处理中的应用研究[D];上海大学;2011年
3 徐异凌;盲信号分离方法及应用研究[D];电子科技大学;2004年
4 冶继民;信源数目未知与变化时的盲信号分离方法研究[D];西安电子科技大学;2005年
5 梅铁民;盲源信号分离时域与频域算法研究[D];大连理工大学;2006年
6 张旭秀;盲源分离及其在脑电信号处理中应用的研究[D];大连理工大学;2006年
7 张安清;盲分离技术及其在水声信号中的应用研究[D];大连理工大学;2006年
8 蔡权伟;多分量信号的信号分量分离技术研究[D];电子科技大学;2006年
9 谭丽丽;语音信号盲分离算法的研究[D];华南理工大学;2001年
10 张明键;盲分离算法的研究[D];华南理工大学;2004年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李国纲;软件无线电中几种调制解调算法的研究[D];浙江大学;2003年
2 刘君;色噪声背景中信源数检测方法研究[D];西安电子科技大学;2004年
3 牛奕龙;盲源分离算法研究[D];西北工业大学;2005年
4 黄昌九;基于四阶累积量的阵列信号参数估计[D];西南交通大学;2006年
5 王璞;多分量多项式相位信号时频分析和参数估计[D];电子科技大学;2006年
6 何广;基于粒子滤波的目标跟踪算法研究[D];哈尔滨工业大学;2006年
7 邓士弟;基于交通视频的运动目标检测和跟踪[D];西北工业大学;2007年
8 冯思泉;连续相位调制(CPM)技术研究[D];昆明理工大学;2007年
9 杨剑锋;基于Laurent算法的多进制连续相位调制解调技术[D];电子科技大学;2007年
10 李冰冰;基于粒子滤波的目标跟踪算法的应用研究[D];东北师范大学;2007年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前3条
1 葛中芹;戚海峰;张衡;庄建军;张志俭;;一种基于CAN总线的CO气体监测系统[J];电子测量技术;2013年07期
2 原庆芳;刘建斌;黄宏胜;刘守君;齐明贞;;潜艇蓄电池舱有害气体超标问题探讨[J];机械管理开发;2013年01期
3 毛欣;徐慨;刘杰;;盲信号分离技术现状与发展动态[J];通信技术;2013年08期
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 李响;基于粒子滤波的单通道盲分离算法研究[D];郑州大学;2012年
2 胡昌海;星载AIS混合信号盲分离技术研究[D];解放军信息工程大学;2013年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前6条
1 赵耿,郑德玲;保密通信中数字流混沌产生器的同步[J];电子学报;2002年04期
2 陆建峰,杨静宇,唐振民,叶玉坤,汪栋;重叠细胞图像分离算法的设计[J];计算机研究与发展;2000年02期
3 刘生浩,曾立波,刘斌,方勇;重叠颗粒图象的分离[J];计算机工程;2002年02期
4 刘相滨,邹北骥,胡峰松;基于边界剥离的细胞图象分离算法[J];中国图象图形学报;2002年03期
5 陆宗骐,童韬;链码和在边界形状分析中的应用[J];中国图象图形学报;2002年12期
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【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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2 凌燮亭;延时狭带信号的自学习盲分离[J];电子学报;1995年01期
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4 郑宜珍,秦前清;小波包变换在重叠地震信号分离中的应用[J];计算机工程与应用;2004年26期
5 孙田霞;何松柏;;一种基于LINC技术的信号分离算法[J];通信技术;2010年05期
6 沙晶晶;施浒立;;基于空间谱估计的多目标信号分离研究[J];现代电子技术;2010年23期
7 王宏志;贺利良;宋春鹏;;基于高阶统计量的MIMO系统辨识与信号分离算法[J];吉林大学学报(工学版);2007年06期
8 梅秀庄;韩峰;孟鲁民;;信号长度与基于信道估计的信号分离精度研究[J];现代电子技术;2009年11期
9 张钦宇;曹斌;王健;张乃通;;基于斜投影的极化滤波技术[J];中国科学:信息科学;2010年01期
10 吕苗荣,古德生;采用最优频率匹配法实现信号的频段滤波处理[J];物探化探计算技术;2005年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
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3 孙云山;张立毅;李艳琴;;神经网络盲均衡综述[A];四川省通信学会2005年学术年会论文集[C];2005年
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7 黎茂文;胡世飞;;开环搜索LINC中两路增益和相位平衡点[A];2009年中国高校通信类院系学术研讨会论文集[C];2009年
8 陶倩;;超声多普勒血流和管壁信号分离系统[A];中国生物医学工程学会第六次会员代表大会暨学术会议论文摘要汇编[C];2004年
9 任保全;胡洪坡;刘伟;;基于独立分量分析的卫星混合信号分离[A];2008通信理论与技术新进展——第十三届全国青年通信学术会议论文集(上)[C];2008年
10 卫哲;黄建国;张群飞;;一种水下多目标信号分离新技术[A];中国声学学会水声学分会2011年全国水声学学术会议论文集[C];2011年
中国重要报纸全文数据库 前7条
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6 蒋广华 於志根;大屏幕高清晰度电视样机[N];中国电子报;2001年
7 通讯员 刘玉玲;HHVS方法理论研究及资料分离软件研发获重要突破[N];中国石油报;2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
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4 李坡;雷达目标微动信号分离与参数估计方法研究[D];南京理工大学;2012年
5 尉宇;线性调频和非线性调频信号的检测与参数估计[D];华中科技大学;2005年
6 王国光;提取混沌中信号方法的研究[D];吉林大学;2007年
7 刘凯;粒子滤波在单通道信号分离中的应用研究[D];中国科学技术大学;2007年
8 陆明泉;多信号的调制识别技术研究[D];电子科技大学;2008年
9 张宇;MIMO雷达波形设计及信号处理相关技术研究[D];南京理工大学;2011年
10 吕守涛;无线频谱环境认知技术研究[D];电子科技大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 卢慧英;分数阶傅里叶变换在信号分离及参数估计中的应用[D];苏州大学;2012年
2 唐春会;大跨径PC梁桥挠度信号分离研究[D];广州大学;2012年
3 刘开文;基于短时综合相加法的语音盲信号分离的研究及其DSP实现[D];四川大学;2004年
4 史战果;复杂电磁环境下的通信抗干扰技术研究[D];上海交通大学;2012年
5 贺渊明;基于微变电容的角度振动传感器的研究与实现[D];湖南大学;2009年
6 朱美虹;基于小波变换的重叠语音信号分离[D];苏州大学;2001年
7 洪凯星;基于振动法的大型电力变压器状态检测和故障诊断研究[D];浙江大学;2010年
8 张英;基于阵列天线模型的雷达信号分离算法研究[D];电子科技大学;2009年
9 曹亚杰;发动机故障异响信号分离方法研究[D];吉林大学;2005年
10 王哲;基于SVM的发动机故障异响信号提取研究[D];吉林大学;2007年
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