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【信號(hào)去噪】基于融合正余弦和柯西變異麻雀算法優(yōu)化變分模態(tài)分解SCSSA-VMD實(shí)現(xiàn)信號(hào)去

2023-11-05 23:19 作者:Matlab工程師  | 我要投稿

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智能優(yōu)化算法?? ? ??神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測?? ? ??雷達(dá)通信?? ? ?無線傳感器?? ? ? ?電力系統(tǒng)

信號(hào)處理?? ? ? ? ? ? ?圖像處理?? ? ? ? ? ? ??路徑規(guī)劃?? ? ??元胞自動(dòng)機(jī)?? ? ? ?無人機(jī)

?? 內(nèi)容介紹

信號(hào)去噪一直是數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域的一個(gè)重要研究方向。在實(shí)際應(yīng)用中,由于信號(hào)受到各種干擾和噪聲的影響,需要對信號(hào)進(jìn)行去噪處理,以提高信號(hào)的質(zhì)量和可靠性。本文將介紹一種基于融合正余弦和柯西變異麻雀算法優(yōu)化變分模態(tài)分解SCSSA-VMD實(shí)現(xiàn)信號(hào)去噪的算法流程。

首先,介紹一下SCSSA-VMD算法。SCSSA-VMD是一種基于變分模態(tài)分解(VMD)的信號(hào)去噪算法,它可以將信號(hào)分解成一系列固有模態(tài)函數(shù)(IMF)。這些IMF是不同頻率的信號(hào)成分,可以通過對這些IMF進(jìn)行加權(quán)和來重建原始信號(hào)。SCSSA-VMD算法在VMD分解過程中加入了正余弦函數(shù)的約束,以增強(qiáng)分解的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

然后,介紹一下柯西變異麻雀算法??挛髯儺惵槿杆惴ㄊ且环N優(yōu)化算法,它基于柯西分布和變異策略,通過對候選解進(jìn)行隨機(jī)變異和選擇,來搜索最優(yōu)解??挛鞣植季哂虚L尾特性,可以避免算法陷入局部最優(yōu)解。變異策略可以保證算法的全局搜索能力。

接下來,介紹一下融合正余弦和柯西變異麻雀算法優(yōu)化SCSSA-VMD的算法流程。首先,將待處理的信號(hào)進(jìn)行SCSSA-VMD分解,得到一系列IMF。然后,將正余弦函數(shù)加入到VMD分解過程中,得到正余弦約束下的IMF。接著,將柯西變異麻雀算法應(yīng)用于IMF的加權(quán)和,以優(yōu)化重建信號(hào)的質(zhì)量和可靠性。最后,通過對優(yōu)化后的IMF進(jìn)行加權(quán)和,得到去噪后的信號(hào)。

總的來說,融合正余弦和柯西變異麻雀算法優(yōu)化SCSSA-VMD是一種有效的信號(hào)去噪算法。它不僅可以提高信號(hào)的質(zhì)量和可靠性,還可以保證算法的全局搜索能力和穩(wěn)定性。在實(shí)際應(yīng)用中,可以根據(jù)具體情況選擇不同的參數(shù)和算法流程,以達(dá)到最佳效果。

?? 部分代碼

function [u, u_hat, omega] = VMD(signal, alpha, tau, K, DC, init, tol)%%% Input and Parameters:% ---------------------% signal ?- the time domain signal (1D) to be decomposed% alpha ? - the balancing parameter of the data-fidelity constraint% tau ? ? - time-step of the dual ascent ( pick 0 for noise-slack )% K ? ? ? - the number of modes to be recovered% DC ? ? ?- true if the first mode is put and kept at DC (0-freq)% init ? ?- 0 = all omegas start at 0% ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?1 = all omegas start uniformly distributed% ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?2 = all omegas initialized randomly% tol ? ? - tolerance of convergence criterion; typically around 1e-6%% Output:% -------% u ? ? ? - the collection of decomposed modes% u_hat ? - spectra of the modes% omega ? - estimated mode center-frequencies%---------- Preparations% Period and sampling frequency of input signalsave_T = length(signal);fs = 1/save_T;% extend the signal by mirroringT = save_T;f_mirror(1:T/2) = signal(T/2:-1:1);f_mirror(T/2+1:3*T/2) = signal;f_mirror(3*T/2+1:2*T) = signal(T:-1:T/2+1);f = f_mirror;% Time Domain 0 to T (of mirrored signal)T = length(f);t = (1:T)/T;% Spectral Domain discretizationfreqs = t-0.5-1/T;% Maximum number of iterations (if not converged yet, then it won't anyway)N = 500;% For future generalizations: individual alpha for each modeAlpha = alpha*ones(1,K);% Construct and center f_hatf_hat = fftshift((fft(f)));f_hat_plus = f_hat;f_hat_plus(1:T/2) = 0;% matrix keeping track of every iterant // could be discarded for memu_hat_plus = zeros(N, length(freqs), K);% Initialization of omega_komega_plus = zeros(N, K);switch init ? ?case 1 ? ? ? ?for i = 1:K ? ? ? ? ? ?omega_plus(1,i) = (0.5/K)*(i-1); ? ? ? ?end ? ?case 2 ? ? ? ?omega_plus(1,:) = sort(exp(log(fs) + (log(0.5)-log(fs))*rand(1,K))); ? ?otherwise ? ? ? ?omega_plus(1,:) = 0;end% if DC mode imposed, set its omega to 0if DC ? ?omega_plus(1,1) = 0;end% start with empty dual variableslambda_hat = zeros(N, length(freqs));% other initsuDiff = tol+eps; % update stepn = 1; % loop countersum_uk = 0; % accumulator% ----------- Main loop for iterative updateswhile ( uDiff > tol && ?n < N ) % not converged and below iterations limit ? ?% update first mode accumulator ? ?k = 1; ? ?sum_uk = u_hat_plus(n,:,K) + sum_uk - u_hat_plus(n,:,1); ? ?% update spectrum of first mode through Wiener filter of residuals ? ?u_hat_plus(n+1,:,k) = (f_hat_plus - sum_uk - lambda_hat(n,:)/2)./(1+Alpha(1,k)*(freqs - omega_plus(n,k)).^2); ? ?% update first omega if not held at 0 ? ?if ~DC ? ? ? ?omega_plus(n+1,k) = (freqs(T/2+1:T)*(abs(u_hat_plus(n+1, T/2+1:T, k)).^2)')/sum(abs(u_hat_plus(n+1,T/2+1:T,k)).^2); ? ?end ? ?% update of any other mode ? ?for k=2:K ? ? ? ?% accumulator ? ? ? ?sum_uk = u_hat_plus(n+1,:,k-1) + sum_uk - u_hat_plus(n,:,k); ? ? ? ?% mode spectrum ? ? ? ?u_hat_plus(n+1,:,k) = (f_hat_plus - sum_uk - lambda_hat(n,:)/2)./(1+Alpha(1,k)*(freqs - omega_plus(n,k)).^2); ? ? ? ?% center frequencies ? ? ? ?omega_plus(n+1,k) = (freqs(T/2+1:T)*(abs(u_hat_plus(n+1, T/2+1:T, k)).^2)')/sum(abs(u_hat_plus(n+1,T/2+1:T,k)).^2); ? ?end ? ?% Dual ascent ? ?lambda_hat(n+1,:) = lambda_hat(n,:) + tau*(sum(u_hat_plus(n+1,:,:),3) - f_hat_plus); ? ?% loop counter ? ?n = n+1; ? ?% converged yet? ? ?uDiff = eps; ? ?for i=1:K ? ? ? ?uDiff = uDiff + 1/T*(u_hat_plus(n,:,i)-u_hat_plus(n-1,:,i))*conj((u_hat_plus(n,:,i)-u_hat_plus(n-1,:,i)))'; ? ?end ? ?uDiff = abs(uDiff); end%------ Postprocessing and cleanup% discard empty space if converged earlyN = min(N,n);omega = omega_plus(1:N,:);% Signal reconstructionu_hat = zeros(T, K);u_hat((T/2+1):T,:) = squeeze(u_hat_plus(N,(T/2+1):T,:));u_hat((T/2+1):-1:2,:) = squeeze(conj(u_hat_plus(N,(T/2+1):T,:)));u_hat(1,:) = conj(u_hat(end,:));u = zeros(K,length(t));for k = 1:K ? ?u(k,:)=real(ifft(ifftshift(u_hat(:,k))));end% remove mirror partu = u(:,T/4+1:3*T/4);% recompute spectrumclear u_hat;for k = 1:K ? ?u_hat(:,k)=fftshift(fft(u(k,:)))';endend

?? 運(yùn)行結(jié)果

?? 參考文獻(xiàn)

[1] 魏永合,宮俊宇.基于CNN-LSTM-Attention的滾動(dòng)軸承故障診斷[J].沈陽理工大學(xué)學(xué)報(bào), 2022(004):041.

[2] 李愛蓮,全凌翔,崔桂梅,et al.融合正余弦和柯西變異的麻雀搜索算法[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用, 2022, 58(3):9.DOI:10.3778/j.issn.1002-8331.2106-0148.

[3] 冉利民,李健偉,杜娟,等.基于變分模態(tài)分解算法的探地雷達(dá)信號(hào)去噪研究[J].世界地質(zhì), 2022(001):041.

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1 各類智能優(yōu)化算法改進(jìn)及應(yīng)用

生產(chǎn)調(diào)度、經(jīng)濟(jì)調(diào)度、裝配線調(diào)度、充電優(yōu)化、車間調(diào)度、發(fā)車優(yōu)化、水庫調(diào)度、三維裝箱、物流選址、貨位優(yōu)化、公交排班優(yōu)化、充電樁布局優(yōu)化、車間布局優(yōu)化、集裝箱船配載優(yōu)化、水泵組合優(yōu)化、解醫(yī)療資源分配優(yōu)化、設(shè)施布局優(yōu)化、可視域基站和無人機(jī)選址優(yōu)化

2 機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)方面

卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(CNN)、LSTM、支持向量機(jī)(SVM)、最小二乘支持向量機(jī)(LSSVM)、極限學(xué)習(xí)機(jī)(ELM)、核極限學(xué)習(xí)機(jī)(KELM)、BP、RBF、寬度學(xué)習(xí)、DBN、RF、RBF、DELM、XGBOOST、TCN實(shí)現(xiàn)風(fēng)電預(yù)測、光伏預(yù)測、電池壽命預(yù)測、輻射源識(shí)別、交通流預(yù)測、負(fù)荷預(yù)測、股價(jià)預(yù)測、PM2.5濃度預(yù)測、電池健康狀態(tài)預(yù)測、水體光學(xué)參數(shù)反演、NLOS信號(hào)識(shí)別、地鐵停車精準(zhǔn)預(yù)測、變壓器故障診斷

2.圖像處理方面

圖像識(shí)別、圖像分割、圖像檢測、圖像隱藏、圖像配準(zhǔn)、圖像拼接、圖像融合、圖像增強(qiáng)、圖像壓縮感知

3 路徑規(guī)劃方面

旅行商問題(TSP)、車輛路徑問題(VRP、MVRP、CVRP、VRPTW等)、無人機(jī)三維路徑規(guī)劃、無人機(jī)協(xié)同、無人機(jī)編隊(duì)、機(jī)器人路徑規(guī)劃、柵格地圖路徑規(guī)劃、多式聯(lián)運(yùn)運(yùn)輸問題、車輛協(xié)同無人機(jī)路徑規(guī)劃、天線線性陣列分布優(yōu)化、車間布局優(yōu)化

4 無人機(jī)應(yīng)用方面

無人機(jī)路徑規(guī)劃、無人機(jī)控制、無人機(jī)編隊(duì)、無人機(jī)協(xié)同、無人機(jī)任務(wù)分配、無人機(jī)安全通信軌跡在線優(yōu)化

5 無線傳感器定位及布局方面

傳感器部署優(yōu)化、通信協(xié)議優(yōu)化、路由優(yōu)化、目標(biāo)定位優(yōu)化、Dv-Hop定位優(yōu)化、Leach協(xié)議優(yōu)化、WSN覆蓋優(yōu)化、組播優(yōu)化、RSSI定位優(yōu)化

6 信號(hào)處理方面

信號(hào)識(shí)別、信號(hào)加密、信號(hào)去噪、信號(hào)增強(qiáng)、雷達(dá)信號(hào)處理、信號(hào)水印嵌入提取、肌電信號(hào)、腦電信號(hào)、信號(hào)配時(shí)優(yōu)化

7 電力系統(tǒng)方面

微電網(wǎng)優(yōu)化、無功優(yōu)化、配電網(wǎng)重構(gòu)、儲(chǔ)能配置

8 元胞自動(dòng)機(jī)方面

交通流 人群疏散 病毒擴(kuò)散 晶體生長

9 雷達(dá)方面

卡爾曼濾波跟蹤、航跡關(guān)聯(lián)、航跡融合





【信號(hào)去噪】基于融合正余弦和柯西變異麻雀算法優(yōu)化變分模態(tài)分解SCSSA-VMD實(shí)現(xiàn)信號(hào)去的評(píng)論 (共 條)

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