Metoda potlačení interferencí Wigenrovy-Villeovy distribuce
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
P
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií
Abstract
Tato disertační práce se věnuje problematice zobrazení signálu v časo-frekvenční oblasti s konstantním rozlišením. V teoretickém úvodu jsou shrnuty možnosti zobrazení signálu v čase a frekvenci. Zejména je soustředěna pozornost na srovnání krátkodobé Fourierovy transformace (STFT) s Wignerovou-Villeovou distribucí (WVD). Druhá zmíněná dosahuje výrazně lepšího rozlišení, a to zejména pro lineárně frekvenčně modulovaný signál. Dále je podrobně popsána nevýhoda WVD, kterou je přítomnost interferencí plynoucích z výpočtu okamžité autokorelační funkce. Tyto interference jsou způsobeny přítomností více složek signálu nebo jeho nelineární modulací. Následně je rozebrána celá řada metod, kterými je možné zmíněné interference potlačit, ovšem za cenu ztráty rozlišení. Jednou z možností potlačení je využití vyhlazené pseudo Wignerovy-Villeovy distribuce. Ta je v práci dále využita pro analýzu potlačení interferencí při různé filtraci v časo-frekvečním prostoru. Jsou použity různé typy vícesložkových signálů a také různé typy nelineárních modulací. Na základě provedené analýzy je navržena metoda, využívající sadu různě vyhlazených pseudo Wignerových-Villeových distribucí, která odhaduje časo-frekvenční reprezentaci signálu s vysokým rozlišením a minimálními interferencemi. Pro porovnání dosažených výsledků s jinými metodami jsou srovnány v literatuře používané kvantitativní metriky. Pro výběr vhodné metriky je navržena vlastní metrika. Ta je aplikovatelná na simulované signály a využívá střední kvadratickou odchylku. Na základě srovnání je vybrána Stankovi\'{c}ova metrika jako nejvhodnější pro porovnání výsledků. Vybraná metrika je nejdříve použita pro určení vhodného minimálního počtu využitých různě vyhlazených pseudo Wignerový-Villeových distribucí. Pomocí vybrané metriky je navržená metoda porovnána s dalšími metodami. Těmi jsou STFT s optimalizovanou délkou okna, S-metoda s optimalizovaným parametrem a optimalizační metoda využívající radiálního Gaussova jádra (RGK). Zmíněné metody jsou porovnány na sadě signálů použité dříve pro analýzu potlačení interferencí. Navíc je k signálům přidán také šum. Nakonec jsou metody srovnány také na reálném signálu netopýřího echa. V závěru je shrnuto, že navrhovaná metoda předčí porovnávané metody co do potlačení interferencí a kvality rozlišení.
The doctoral thesis focuses on signal representation in the time-frequency domain with constant resolution. In theoretical introduction the possibilities of displaying a signal in time and frequency are summarized. Attention is concentrated on comparison of short-time Fourier Transform (STFT) and Wigner-Ville Distribution (WVD). The latter achieves a significantly better resolution, especially for a linearly modulated signal. The disadvantage of WVD, which is the presence of interferences resulting from the calculation of the instantaneous autocorrelation function, is described in detail. These interferences are due to the presence of multiple components in the signal or its non-linear modulation. Subsequently, several methods are discussed, which can suppress these interferences, but at the cost of resolution loss. One of the interference suppression methods is smoothed pseudo Wigner-Ville distribution. It is further used in this thesis for the analysis of interference suppression when various filtrations in the time-frequency plane are applied. Several signals with multiple components or various non-linear modulations are used. Based on the analysis, a method using a set of variously smoothed pseudo Wigner-Ville distributions is designed to estimate the time-frequency representation with high resolution and minimal interferences. To compare the results to other methods, the quantitative metrics used in the literature are compared. To select the appropriate one a new metric is suggested. It is applicable to simulated signals and uses mean square error. Based on the comparison, the Stankovi\'{c} measure is selected as the most appropriate for comparing results. The selected metric is used to determine the appropriate minimal number of differently smoothed pseudo Wigner-Ville distributions. Using the selected metric, the proposed method is compared with other methods. These are STFT with optimized window length, S-method with optimized parameter and optimization method using radial Gaussian kernel (RGK). These methods are compared based on the set of signals previously used for interference suppression analysis. In addition, noises are added to the signals. Finally, the methods are also compared based on the real bat echo signal. In conclusion, the proposed method outperforms the compared methods in suppressing interference and resolution.
The doctoral thesis focuses on signal representation in the time-frequency domain with constant resolution. In theoretical introduction the possibilities of displaying a signal in time and frequency are summarized. Attention is concentrated on comparison of short-time Fourier Transform (STFT) and Wigner-Ville Distribution (WVD). The latter achieves a significantly better resolution, especially for a linearly modulated signal. The disadvantage of WVD, which is the presence of interferences resulting from the calculation of the instantaneous autocorrelation function, is described in detail. These interferences are due to the presence of multiple components in the signal or its non-linear modulation. Subsequently, several methods are discussed, which can suppress these interferences, but at the cost of resolution loss. One of the interference suppression methods is smoothed pseudo Wigner-Ville distribution. It is further used in this thesis for the analysis of interference suppression when various filtrations in the time-frequency plane are applied. Several signals with multiple components or various non-linear modulations are used. Based on the analysis, a method using a set of variously smoothed pseudo Wigner-Ville distributions is designed to estimate the time-frequency representation with high resolution and minimal interferences. To compare the results to other methods, the quantitative metrics used in the literature are compared. To select the appropriate one a new metric is suggested. It is applicable to simulated signals and uses mean square error. Based on the comparison, the Stankovi\'{c} measure is selected as the most appropriate for comparing results. The selected metric is used to determine the appropriate minimal number of differently smoothed pseudo Wigner-Ville distributions. Using the selected metric, the proposed method is compared with other methods. These are STFT with optimized window length, S-method with optimized parameter and optimization method using radial Gaussian kernel (RGK). These methods are compared based on the set of signals previously used for interference suppression analysis. In addition, noises are added to the signals. Finally, the methods are also compared based on the real bat echo signal. In conclusion, the proposed method outperforms the compared methods in suppressing interference and resolution.
Description
Keywords
Časo-frekvenčí analýza, Wignerova-Villeova distribuce, interference, potlačení interferencí, vyhlazená pseudo Wignerova-Villeova distribuce, kvantitativní metrika, Time-frequency analysis, Wigner-Ville distribution, interferences, interference suppression, smoothed pseudo Wigner-Ville distribution, quantitative measure
Citation
PIKULA, S. Metoda potlačení interferencí Wigenrovy-Villeovy distribuce [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií. 2019.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
Kybernetika, automatizace a měření
Comittee
prof. Ing. Pavel Jura, CSc. (předseda)
prof. Ing. Luboš Pazdera, CSc. - oponent (člen)
prof. Ing. Karel Hájek, CSc. - oponent (člen)
prof. Ing. Jiří Tůma, CSc. (člen)
doc. Ing. Radislav Šmíd, Ph.D. (člen)
Date of acceptance
2019-07-18
Defence
Práce obsahuje původní výsledky autora a má charakter tvůrčí vědecké práce. Popisované postupy mohou pomoci přesněji analyzovat informace obsažené ve složitých signálech.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení