Communications for Statistical Applications and Methods
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제22권2호
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pp.159-172
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2015
This paper considers the problem of reconstructing an underlying signal from noisy data. This paper presents a reconstruction method based on synchrosqueezed wavelet transform recently developed for multiscale representation. Synchrosqueezed wavelet transform based on continuous wavelet transform is efficient to estimate the instantaneous frequency of each component that consist of a signal and to reconstruct components. However, an objective selection method for the optimal number of intrinsic mode type functions is required. The proposed method is obtained by coupling the synchrosqueezed wavelet transform with cross-validation scheme. Simulation studies and musical instrument sounds are used to compare the empirical performance of the proposed method with existing methods.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제13권5호
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pp.2434-2453
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2019
To improve the separation performance of time-frequency overlapped radar and communication signals from a single channel, this paper proposes an effective separation method based on an improved empirical wavelet transform (EWT) that introduces a fast boundary detection mechanism. The fast boundary detection mechanism can be regarded as a process of searching, difference optimization, and continuity detection of the important local minima in the Fourier spectrum that enables determination of the sub-band boundary and thus allows multiple signal components to be distinguished. An orthogonal empirical wavelet filter bank that was designed for signal adaptive reconstruction is then used to separate the input time-frequency overlapped signals. The experimental results show that if two source components are completely overlapped within the time domain and the spectrum overlap ratio is less than 60%, the average separation performance is improved by approximately 32.3% when compared with the classic EWT; the proposed method also improves the suitability for multiple frequency shift keying (MFSK) and reduces the algorithm complexity.
Identification of vibration parameters from the analysis of the dynamic response of a structure plays a key role in current health monitoring systems. This study evaluates the capabilities of the recently developed Synchrosqueezed Wavelet Transform (SWT) to extract instant frequencies and damping values from the simulated noise-contaminated response of a structure. Two approaches to estimate the modal damping ratio from the results of the SWT are presented. The results obtained are compared to other signal processing methods based on Continuous Wavelet (CWT) and Hilbert-Huang (HHT) transforms. It was found that the time-frequency representation obtained via SWT is sharped than the obtained using just the CWT and it allows a more robust extraction of the individual modal responses than using the HHT. However, the identification of damping ratios is more stable when the CWT coefficients are employed.
Damage detection methodologies based on the direct examination of the nonlinear-nonstationary characteristics of the structure dynamic response may play an important role in online structural health monitoring applications. Different signal processing based damage detection methodologies have been proposed based on the uncovering of spikes in the high frequency component of the structural response obtained via Discrete Wavelet transforms, Hilbert-Huang transforms or high pass filtering. The performance of these approaches in systems subjected to different types of excitation is evaluated in this paper. It is found that in the case of random excitations, like earthquake accelerations, the effectiveness of such methodologies is limited. An alternative damage detection approach using the Continuous Wavelet Transform (CWT) is also evaluated to overcome this limitation. Using the CWT has the advantage that the central frequencies at which it operates can be defined by the user while the frequency bands of the detail functions obtained via DWT are predetermined by the sampling period of the signal.
International Journal of Control, Automation, and Systems
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제6권5호
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pp.639-650
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2008
Electricity price forecasting has become an integral part of power system operation and control. In this paper, a wavelet transform (WT) based neural network (NN) model to forecast price profile in a deregulated electricity market has been presented. The historical price data has been decomposed into wavelet domain constitutive sub series using WT and then combined with the other time domain variables to form the set of input variables for the proposed forecasting model. The behavior of the wavelet domain constitutive series has been studied based on statistical analysis. It has been observed that forecasting accuracy can be improved by the use of WT in a forecasting model. Multi-scale analysis from one to seven levels of decomposition has been performed and the empirical evidence suggests that accuracy improvement is highest at third level of decomposition. Forecasting performance of the proposed model has been compared with (i) a heuristic technique, (ii) a simulation model used by Ontario's Independent Electricity System Operator (IESO), (iii) a Multiple Linear Regression (MLR) model, (iv) NN model, (v) Auto Regressive Integrated Moving Average (ARIMA) model, (vi) Dynamic Regression (DR) model, and (vii) Transfer Function (TF) model. Forecasting results show that the performance of the proposed WT based NN model is satisfactory and it can be used by the participants to respond properly as it predicts price before closing of window for submission of initial bids.
This paper deals with damage detection using active Lamb waves. The wavelet transform and empirical mode decomposition methods are discussed for measuring the Lamb wave's arrival time of the group velocity. An experimental system to diagnose the damage in the composite plate is developed. A method to optimize this system is also given for practical applications of active Lamb waves, which involve optimal arrangement of the piezoelectric elements to produce single mode Lamb waves. In the paper, the single mode Lamb wave means that there exists no overlapping among different Lamb wave modes and the original Lamb wave signal with the boundary reflection signals. Based on this optimized PZT arrangement method, five damage localizations on different plates are completed and the results using wavelet transform and empirical mode decomposition methods are compared.
The evaluation of dynamic characteristics of bridges under operational traffic loads is a crucial aspect of bridge structural health monitoring. In the vehicle-bridge interaction (VBI) system, the vibration responses of bridge exhibit time-varying characteristics. To address this issue, an accurate time-frequency analysis method that combines the autoregressive power spectrum based empirical wavelet transform (AR-EWT) and local maximum synchrosqueezing transform (LMSST) is proposed to identify the time-varying instantaneous frequencies (IFs) of the bridge in the VBI system. The AR-EWT method decomposes the vibration response of the bridge into mono-component signals. Then, LMSST is employed to identify the IFs of each mono-component signal. The AR-EWT combined with the LMSST method (AR-EWT+LMSST) can resolve the problem that LMSST cannot effectively identify the multi-component signals with weak amplitude components. The proposed AR-EWT+LMSST method is compared with some advanced time-frequency analysis techniques such as synchrosqueezing transform (SST), synchroextracting transform (SET), and LMSST. The results demonstrate that the proposed AR-EWT+LMSST method can improve the accuracy of identified IFs. The effectiveness and applicability of the proposed method are validated through a multi-component signal, a VBI numerical model with a four-degree-of-freedom half-car, and a VBI model experiment. The effect of vehicle characteristics, vehicle speed, and road surface roughness on the identified IFs of bridge are investigated.
International Journal of Computer Science & Network Security
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제22권2호
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pp.123-130
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2022
During the past decades, detection of gear defects remains as a major problem, especially when the gears are subject to non-stationary phenomena. The idea of this paper is to mixture a multilevel wavelet transform with a fast EMD decomposition in order to early detect gear defects. The sensitivity of a kurtosis is used as an indicator of gears defect burn. When the gear is damaged, the appearance of a crack on the gear tooth disrupts the signal. This is due to the presence of periodic pulses. Nevertheless, the existence of background noise induced by the random excitation can have an impact on the values of these temporal indicators. The denoising of these signals by multilevel wavelet transform improves the sensitivity of these indicators and increases the reliability of the investigation. Finally, a defect diagnosis result can be obtained after the fast transformation of the EMD. The proposed approach consists in applying a multi-resolution wavelet analysis with variable decomposition levels related to the severity of gear faults, then a fast EMD is used to early detect faults. The proposed mixed methods are evaluated on vibratory signals from the test bench, CETIM. The obtained results have shown the occurrence of a teeth defect on gear on the 5th and 8th day. This result agrees with the report of the appraisal made on this gear system.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제13권8호
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pp.3862-3879
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2019
More and more problems for public security have occurred due to the limited solutions for drone detection especially for micro-drone in long range conditions. This paper aims at dealing with drones detection using a radar system. The radio frequency (RF) signals emitted by a controller can be acquired using the radar, which are usually too weak to extract. To detect the drone successfully, the static clutters and linear trend terms are suppressed based on the background estimation algorithm and linear trend suppression. The principal component analysis technique is used to classify the noises and effective RF signals. The automatic gain control technique is used to enhance the signal to noise ratios (SNR) of RF signals. Meanwhile, the empirical mode decomposition (EMD) based wavelet transform (WT) is developed to decrease the influences of the Gaussian white noises. Then, both the azimuth information between the drone and radar and the bandwidth of the RF signals are acquired based on the statistical analysis algorithm developed in this paper. Meanwhile, the proposed accumulation algorithm can also provide the bandwidth estimation, which can be used to make a decision accurately whether there are drones or not in the detection environments based on the probability theory. The detection performance is validated with several experiments conducted outdoors with strong interferences.
Empirical mode decomposition (EMD) is applied to analyze time series characterized with nonlinearity and nonstationarity. This decomposition could be utilized to construct finite and small number intrinsic mode functions (IMF) that describe complicated time series, while admitting the Hilbert transformation properties. EMD has the capability of being adaptive, capture local characteristics, and applicable to nonlinear and nonstationary processes. Unlike discrete wavelet transform (DWT), IMF eliminates spurious harmonics and retains meaningful instantaneous frequencies. Examples based on data representing natural phenomena are given to demonstrate highlight the power of this method in contrast and comparison of other ones. A presentation of the energy-frequency-time distribution of these signals found to be more informative and intuitive when based on Hilbert transformation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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