一种单通道混沌信号盲源分离法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN104636314A(43)申请公布日2015.05.20(21)申请号201510049797.9(22)申请日2015.01.30(71)申请人太原科技大学地址030024山西省太原市万柏林区瓦流路66号(72)发明人郭一娜莫晓敏王晓梅杜雅梅田文艳卓东风(74)专利代理机构太原市科瑞达专利代理有限公司14101代理人王思俊(51)Int.Cl.G06F17/16(2006.01)权利要求书2页说明书4页附图5页(54)发明名称一种单通道混沌信号盲源分离法(57)摘要一种单通道混沌信号盲源分离法，属于电子信息技术领域，其特征在于采用的模块包括有总体经验模态分解模块、相关性分析模块、主成分分析模块、独立成分分析模块。实施步骤是将多路混沌信号混合成的单路信号，通过经验模态分解模块分解为多路本征模态函数分量，利用相关性分析对多路本征模态函数的主元进行一次降维，再用主成分分析法对多路本征模态函数的主元进行二次降维，最后采用独立成分分析技术完成混合混沌信号的盲源分离，恢复出源信号。优点是能够有效地减少传输通道数量，达到降低硬件复杂度，节约设备成本的目的，并能快速有效地恢复出源信号。CN104636314ACN104636314A权利要求书1/2页1.一种单通道混沌信号盲源分离法，其特征在于采用的模块包括有总体经验模态分解模块、相关性分析模块、主成分分析模块、独立成分分析模块，实施步骤是：A、将多路混沌信号通过屏蔽导线送到混沌信号预处理模块直接相加，得到预处理单通道混沌信号x(t)；B、将混合得到的预处理单通道混沌信号x(t)送到混沌信号盲源分离模块，进行总体经验模态分解，即EEMD分解，基于相关系数的主成分分析PCA降维和独立成分分析，即ICA分析，实现多路混沌信号通过一个输入口采集，多路输出口输出；B.1、总体经验模态分解EEMD处理得到本征模态函数IMF；a、将混合得到的预处理单通道混沌信号x(t)分别与i＝1,2,…,N路不同的白噪声ni(t)叠加，加入的白噪声ni(t)的均值为零、标准差为常数，得到加入白噪声之后的信号xi(t)，其中i＝1,2,…,N：b、对所得到的信号xi(t)分别进行经验模态分解EMD，得到各自的IMF记为aij(t)和余项ri(t)，其中aij(t)表示加入白噪声ni(t)后分解得到的第j个IMF：c、对经EMD分解后所得到的IMF集合{a1j(t),…,aij(t),…aNj(t)}进行总体平均运算，得到的IMF为即为对原信号进行EEMD分解后所得到的第j个IMF，j＝1,2,…,m，aj(t)的序列长度为n，由此得到IMF的m×n分量矩阵A＝{a1(t),…T,aj(t),…,am(t)}，其中aj(t)∈A，m为单通道混沌信号经EEMD分解后的IMF个数，上标T为转置运算；B.2、对得到的IMF分量进行降维：a、对得到的IMF分量根据相关度进行第一次降维：对得到的m个IMF分量分别与混合得到的预处理单通道混沌信号x(t)求相关度2CN104636314A权利要求书2/2页其中D(x)为x(t)的方差，D(aj)为aj(t)的方差，cov(x)为x(t)的协方差，cov(aj)为aj(t)的协方差，取相关度大于阈值的IMF分量，阈值为常数，进T行第一次降维，得到IMF的k×n分量矩阵B＝{a1(t),…,aj(t),…,ak(t)}，其中aj(t)∈B，k为第一次降维后的IMF个数，上标T为转置运算；b、对第一次降维所得到的矩阵B进行PCA降维：TTR＝E(BB),RV＝VΛ，其中B＝{a1(t),…,aj(t),…,ak(t)}为第一次降维后的IMF分量k×n矩阵，R为k个变量IMF的自相关矩阵，V为R的k×k阶特征向量矩阵，其列向量是R的正交归一化的特征向量，Λ为R的特征对角矩阵,λi(i＝1,2,…,k)为Λ第i个TT对角线上的元素，构造k个不相关的新变量Y＝VB，其中Y＝{y1,y2,…,yk}，对λi(i＝1,2,…,k)按降序排列后，取前面p个较大特征值所对应的特征向量，得到k×k阶特征向量矩阵V降维后的p×n阶向量矩阵C，其中p≥2；B.3、将PCA降维所得到矩阵C进行ICA处理，采用约束独立成分分析(CICA)算法进行处理：a、对C进行白化处理，得到白化数据，即观测矩阵X，其中X＝MS(n)，M为信号的混合矩阵，S(n)为源信号；b、随机选取权向量作为解混矩阵W的权值，即W的初始值，W为解混矩阵，同时也是混合矩阵M的虚拟反矩阵，因为W＝M-1，所以S(n)＝M-1X＝WX；c、为了求出最终收敛的W值，根据牛顿迭代法推导，得到迭代式TTW←E(Xg(WX))-E(g′(WX))W，其中X为C白化后的观测矩阵，