基于微分進(jìn)化算法的匹配追蹤算法研究.pdf

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1、j數(shù)字技術(shù)f麗算法分析基于微分進(jìn)化算法的匹配追蹤算法研究王世豪金輝鑫(東北電力大學(xué)吉林吉林132012)摘要：針對匹配追蹤算法在信號分解過程中計(jì)算冗余、參數(shù)匹配精度低等缺點(diǎn)，將改進(jìn)的微分進(jìn)化算法與匹配追蹤算法相結(jié)合。以提高信號處理的速度以及精確度。并將該算法應(yīng)用于超聲回波仿真信號和換熱管污垢超聲檢測實(shí)驗(yàn)信號的處理，并與標(biāo)準(zhǔn)匹配追蹤算法作對比。結(jié)果表明，基于微分進(jìn)化算法的匹配追蹤算法在信號處理中的計(jì)算效率和精度明顯高于標(biāo)準(zhǔn)匹配算法，獲得較好的降噪和信息提取效果，對超聲檢測信號的處理具有較重要的意義。關(guān)鍵詞：超聲時(shí)域

2、脈沖反射匹配追蹤算法微分進(jìn)化算法中圖分類號：TP301．6文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1007—9416(2015)01-0l】9011弓I言右，卻水溫度通過冷卻系統(tǒng)控制在29℃左右。換熱設(shè)備污垢的形成是流體在進(jìn)行質(zhì)量、熱量和動量交換的過由于小直徑薄壁管的缺點(diǎn)有外徑很小、曲率很大，探頭難以與程中，共同作用的結(jié)果，影響因素復(fù)雜。但其廣泛存在于工程技術(shù)領(lǐng)管材表面直接耦合，并且管壁比較薄，實(shí)驗(yàn)采用V312-SU型l0MHz域的各種換熱設(shè)備中，對設(shè)備運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性造成嚴(yán)重的危收發(fā)一體水浸聚焦超聲探頭通過精密萬向架架設(shè)在

3、管道正上方進(jìn)害[1。目前對污垢檢測的研究大多基于熱交換理論，利用污垢熱阻值行超聲檢測，來克服聲束在內(nèi)壁上較為嚴(yán)重的發(fā)散現(xiàn)象，提高實(shí)驗(yàn)間接對污垢進(jìn)行評估，而這種間接測量容易出現(xiàn)熱阻值為負(fù)的特異結(jié)果的分辨率。聚焦中心設(shè)定在管道內(nèi)壁附近。超聲回波信號經(jīng)數(shù)現(xiàn)象，影響對污垢的測量。據(jù)采集器采集，存儲人計(jì)算機(jī)等待進(jìn)行后續(xù)數(shù)據(jù)處理。以實(shí)驗(yàn)運(yùn)行本課題組采用基于超聲時(shí)域反射方法(ultrasonictime—d0一10天左右采集的超聲回波數(shù)據(jù)為例。mainreflectometry，UDTR)對換熱設(shè)備管道進(jìn)行污垢檢測的研究。采用

4、基于混沌微分進(jìn)化算法的匹配追蹤算法對截取信號進(jìn)行針對超聲檢測信號的降噪、壓縮與信息提取等問題，提出采用基于降噪處理，其中微分進(jìn)化算法種群數(shù)量規(guī)定100，分別采用MP算法混沌微分進(jìn)化算法的匹配追蹤進(jìn)行信號的分解與重構(gòu)，實(shí)現(xiàn)信號的和DE-MP算法對截取信號進(jìn)行50次匹配分解，DE參數(shù)優(yōu)化算法種降噪與壓縮，為污垢的進(jìn)一步定量分析與抑制奠定了基礎(chǔ)。群數(shù)量取值100，迭代次數(shù)取100次。對這幾種方法的信號處理時(shí)間和信號重構(gòu)后殘差能量比進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)和平均，MP算法運(yùn)行時(shí)間需2改進(jìn)的匹配追蹤算法要28．o37S，信噪比0．322

5、5，而經(jīng)過改進(jìn)的DE—MP算法運(yùn)行時(shí)間僅需匹配追蹤算法是1993年由MallatS和ZhangZ提出的一種通10．1540s，信噪比3．1007，通過DE參數(shù)優(yōu)化算法改進(jìn)MP算法有效的過逐步迭代來提取有用信號的貪婪算法，其主要思想是把信號在根改善了傳統(tǒng)MP算法運(yùn)行時(shí)間長，運(yùn)算復(fù)雜度高的問題，并且大幅度據(jù)實(shí)際信號特征建立的冗余的原子庫上展開，不斷將殘差信號投影的提高算法匹配的精確度。到過完備原子庫中的每個(gè)原子上，尋找到最匹配原子從而達(dá)到去噪4結(jié)語的效果。根據(jù)信號f自身特點(diǎn)選取合適的窗函數(shù)g)，并調(diào)制構(gòu)建超完備本文通

6、過在傳統(tǒng)MP算法中引入混沌系統(tǒng)和微分進(jìn)化算法，提冗余原子庫。不斷地將信號投影到過完備原子庫中的每一個(gè)原子，出了一種新的匹配算法一基于混沌微分進(jìn)化算法的匹配追蹤算法，通過迭代算法將待選擇原子與待匹配信號(或殘差信號)作內(nèi)積運(yùn)通過對仿真信號的處理，我們可以看出在咖P算法中加入微分進(jìn)化算，通過內(nèi)積的大小來選取合適的匹配原子g信號內(nèi)在原子g。算法加快了信號分解的速度，提高了信號特征提取的精度，混沌系統(tǒng)的引入有效的防止了局部最優(yōu)情況的發(fā)生。最終，通過對換熱污上投影之后的殘余R‘廠作為下一次匹配的原信號。匹配追蹤是不斷垢超聲

7、檢測信號的處理驗(yàn)證了基于微分進(jìn)化算法的匹配追蹤算法迭代的過程，在殘差信號的能量．‘達(dá)到預(yù)定閾值之前，再次根據(jù)夠較為快速有效地實(shí)現(xiàn)超聲信號的去噪、壓縮與信息提取，證明了信號與原子庫原子內(nèi)積的大小尋找到最匹配的原子，將分解后的殘?jiān)摲椒▽?shí)用的有效性和可行性。差作為下一次匹配的原信號。通過迭代把信號表達(dá)為其在原子庫上參考文獻(xiàn)的各次投影與殘差的線性組合。微分進(jìn)化算法是一種基于種群進(jìn)化的多點(diǎn)并行的隨機(jī)搜索算[1]WangY．Multichannelmatchingpursuitforseismictrace法，該算法理論簡單

8、，應(yīng)用方便，搜索效率較高，較適合應(yīng)用于參數(shù)decOmDOstt1On[J]．Geophysics，2010，75(4)：61—66．優(yōu)化。DE算法編程簡單且實(shí)用，本質(zhì)上是一種基于實(shí)數(shù)編碼的貪婪[2]何明格，殷鷹，林麗君，趙秀粉，殷國富．基于小波跡和匹配追蹤算法的超聲波檢測信號消噪[J]．應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報(bào)，2011，02：297—遺傳算法，具有記憶個(gè)體最優(yōu)解和種群內(nèi)信