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原文传递一种基于频散补偿与盲分离的多模式兰姆波分离方法

专利名称：	一种基于频散补偿与盲分离的多模式兰姆波分离方法
摘要：	本发明公开了一种基于频散补偿与盲分离的多模式兰姆波分离方法，沿兰姆波的传播路径上选取N个位置点，分别测量得到对应点的N个模式混叠信号并设其中一位置点为初始点。对其它点的混叠信号用随机选择一个模式频散特性根据与初始点的距离进行补偿，使得不同距离的兰姆波信号补偿回到初始点，利用盲分离联合近似对角化法以及该模式的时频分布特性，将兰姆波信号中包含的该模式信号分离出来。分别根据N个模式的频散特性重复上述频散补偿及盲分离操作即可将初始点混叠信号中包含的N个模式一一分离出来，实现多模式兰姆波信号的模式分离。本发明方法能够准确地分离出多模式兰姆波信号中的各个模式，提高分离的精度。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	南京信息工程大学
发明人：	陈晓;马丹丹
专利状态：	有效
申请日期：	2019-02-01T00:00:00+0800
发布日期：	2019-06-07T00:00:00+0800
申请号：	CN201910105027.X
公开号：	CN109856252A
代理机构：	南京经纬专利商标代理有限公司
代理人：	许方
分类号：	G01N29/44(2006.01);G;G01;G01N;G01N29
申请人地址：	210032 江苏省南京市江北新区宁六路219号
主权项：	1.一种基于频散补偿与盲分离的多模式兰姆波分离方法，其特征在于：该方法包括如下步骤： (1)选取兰姆波传播路径上不同距离的N个位置点，分别测量得到对应位置点的多模式兰姆波信号，即得到N组多模式兰姆波信号；每组信号为N个模式兰姆波信号的混叠信号； (2)随机选择步骤(1)所述N个位置点中的某一点作为初始点； (3)随机选择一个模式，分别对其它N-1个位置点的混叠信号用该模式的频散特性根据该位置点与初始点的距离差进行频散补偿，使得这N-1点的兰姆波信号补偿回到初始点； (4)将初始点的未补偿信号和N-1个补偿后信号构成观测信号矩阵，计算观测信号矩阵的自相关协方差矩阵，利用协方差矩阵计算出观测信号矩阵的白化信号矩阵； (5)计算出白化信号矩阵的空间时频分布； (6)采用联合对角化法计算出酉阵，进而得出初始点源信号的估计信号矩阵； (7)根据步骤(6)中获得的估计信号矩阵和步骤(3)中所选择模式的频散特性得到在初始点分离出的该模式信号； (8)重复步骤(3)至步骤(7)直到实现初始点兰姆波混叠信号N个模式信号的分离。 2.根据权利要求1所述的一种基于频散补偿与盲分离的多模式兰姆波分离方法，其特征在于：在步骤(3)中，随机选择一个模式，分别对其它N-1个位置点的混叠信号用该模式的频散特性根据该位置点与初始点的距离差进行频散补偿，频散补偿函数表示为：其中，j为虚数单位，ω为角频率，d为补偿距离，即该位置点与初始点的距离，c(ω)为兰姆波补偿模式的相速度；将步骤(1)中测量的N组多模式兰姆波信号记为y1(t)和y′i(t)，i＝2，3，...N，t为时间，设y1(t)为初始点的兰姆波混叠信号，则在步骤(3)中对其它点的混叠信号y′i(t)补偿后的信号yi(t)表示为：其中，Y′i(ω)是信号y′i(t)的傅里叶变换，i＝2，3，...N。 3.根据权利要求2所述的一种基于频散补偿与盲分离的多模式兰姆波分离方法，其特征在于：在步骤(4)中，将初始点的未补偿信号和N-1个补偿后信号构成观测信号矩阵，观测信号矩阵记为Y(t)，即： Y(t)＝[y1(t)，y2(t)...yN(t)]T (1) 设初始点的N个模式兰姆波信号为xi(t)，i＝1，2，3，...N，xi(t)构成源信号矩阵X(t)，即： X(t)＝[x1(t)，x2(t)...xN(t)]T (2) 由式(1)和(2)可得： Y(t)＝AX(t) (3) 其中，A是混合矩阵；计算观测信号矩阵Y(t)的自相关协方差矩阵R，公式如下： R＝E[Y(t)YT(t)] 其中，E为期望运算，上标T表示矩阵转置，利用协方差矩阵R计算出观测信号的白化矩阵V，即：其中，γ1...γN为自相关协方差矩阵R的N个特征值，ρ1...ρN为特征值对应的特征向量；定义Y(t)白化后的信号矩阵为Q(t)，V是白化矩阵，用于求取观测信号矩阵Y(t)的白化信号Q(t)，则可得到： Q(t)＝VY(t)＝V(AX(t))＝UX(t) (4)。 4.根据权利要求3所述的一种基于频散补偿与盲分离的多模式兰姆波分离方法，其特征在于：在步骤(5)中，计算白化后信号矩阵Q(t)的空间时频分布，方法如下，两个信号yi(t)，ym(t)，i＝1，2，3，...，N，m＝1，2，3，...，N的空间时频分布定义为：其中，核函数p，l为积分变量，j为虚数单位，t为时间，f为频率；则矩阵X(t)、Q(t)的空间时频分布可表示为：其中，qi(t)，i＝1，2，3，...N是矩阵Q(t)的第i个元素；根据式(4)，白化信号的空间时频分布矩阵可以表示为： CQQ(t，f)＝UCXX(t，f)UH (5) 其中，上标H表示共轭转置，U为酉阵。 5.根据权利要求4所述的一种基于频散补偿与盲分离的多模式兰姆波分离方法，其特征在于：在步骤(6)中，采用联合对角化法计算出酉阵，进而得出初始点源信号的估计信号矩阵；初始点源信号矩阵X(t)的估计信号矩阵记为G(t)，由式(4)可得U＝VA，则A＝UV-1；通过酉阵U使CQQ(t，f)成为对角阵，即由式(5)可得： UHCQQ(t，f)U＝diag[r1，r2，...rN] (6) 其中，[r1，r2，...rN]为CXX(t，f)的对角线元素，采用联合对角化法求解式(6)可求得酉阵U；根据式(4)可得初始点源信号矩阵X(t)的估计信号矩阵G(t)为： G(t)＝UHVY(t)。
所属类别：	发明专利