KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.14
no.6
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pp.2634-2648
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2020
In this paper, an adaptive sparse singular value decomposition (ASSVD) algorithm is proposed to estimate the signal matrix when only one data matrix is observed and there is high dimensional white noise, in which we assume that the signal matrix is low-rank and has sparse singular vectors, i.e. it is a simultaneously low-rank and sparse matrix. It is a structured matrix since the non-zero entries are confined on some small blocks. The proposed algorithm estimates the singular values and vectors separable by exploring the structure of singular vectors, in which the recent developments in Random Matrix Theory known as anisotropic Marchenko-Pastur law are used. And then we prove that when the signal is strong in the sense that the signal to noise ratio is above some threshold, our estimator is consistent and outperforms over many state-of-the-art algorithms. Moreover, our estimator is adaptive to the data set and does not require the variance of the noise to be known or estimated. Numerical simulations indicate that ASSVD still works well when the signal matrix is not very sparse.
We propose a novel methodology based on the multiplication function to improve the signal-to-noise ratio (SNR) for vibration detection in a phi optical time-domain reflectometer system (phi-OTDR). The extreme-mean complementary empirical mode decomposition (ECEMD) is designed to break down the original signal into a set of inherent mode functions (IMFs). The multiplication function in terms of selected IMFs is used to determine a vibration's position. By this method, the SNR of a phi-OTDR system is enhanced by several orders of magnitude. Simulations and experiments applying the method to real data prove the validity of the proposed approach.
This paper proposes a method that can reduce the complexity of a system matrix by analyzing the characteristics of a pseudoinverse matrix to receive a binomial frequency division multiplexing (BFDM) signal and decode it using the least squares (LS) method. The system matrix of BFDM can be expressed as a band matrix, and as this matrix contains many zeros, its amount of calculation when generating a transmission signal is quite small. The LS solution can be obtained by multiplying the received signal by the pseudoinverse matrix of the system matrix. The singular value decomposition of the system matrix indicates that the pseudoinverse matrix is a band matrix. The signal-to-interference ratio is obtained from their eigenvalues. Meanwhile, entries that do not contribute to signal generation are erased to enhance calculation efficiency. We decode the received signal using the pseudoinverse matrix and the removed pseudoinverse matrix to obtain the bit error rate performance and to analyze the difference.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2004.11a
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pp.699-704
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2004
Empirical mode decomposition(EMD) method has been recently proposed to analyze non-linear and non-stationary data. This method allows the decomposition of one-dimensional signals into intrinsic mode functions(IMFs) and is used to calculate a meaningful multi-component instantaneous frequency. In this paper, it is assumed that each mode of damped vibration signal could be well separated in the form of IMF by EMD. In this case, we can have a new powerful method to calculate natural frequencies and dampings from damped vibration signal which usually has multiple modes. This proposed method has been verified by both simulation and experiment. The result by EMD method which has used only output vibration data is almost identical to the result by FRF method which has used both input and output data, thereby proving usefulness and accuracy of the proposed method.
Reliable wind signal reconstruction can be beneficial to the operational safety of long-span bridges. Non-Gaussian characteristics of wind signals make the reconstruction process challenging. In this paper, non-Gaussian wind signals are converted into a combined prediction of two kinds of features, actual wind speeds and wind angles of attack. First, two decomposition techniques, empirical mode decomposition (EMD) and variational mode decomposition (VMD), are introduced to decompose wind signals into intrinsic mode functions (IMFs) to reduce the randomness of wind signals. Their principles and applicability are also discussed. Then, four artificial intelligence (AI) algorithms are utilized for wind signal reconstruction by combining the particle swarm optimization (PSO) algorithm with back propagation neural network (BPNN), support vector regression (SVR), long short-term memory (LSTM) and bidirectional long short-term memory (Bi-LSTM), respectively. Measured wind signals from a bridge site in a deep-cutting gorge are taken as experimental subjects. The results showed that the reconstruction error of high-frequency components of EMD is too large. On the contrary, VMD fully extracts the multiscale rules of the signal, reduces the component complexity. The combination of VMD-PSO-Bi-LSTM is demonstrated to be the most effective among all hybrid models.
Blind signal separation is known as a powerful tool for enhancing noisy speech in many real world environments. In this paper, it is demonstrated that the performance of blind signal separation can be further improved by combining with a null beamformer (NBF). Cascading the blind source separation with null beamforming is equivalent to the decomposition of the received signals into the direct parts and reverberant parts. Investigation of beam patterns of the null beamformer and blind signal separation reveals that directional null of NBF reduces mainly direct parts of the unwanted signals whereas blind signal separation reduces reverberant parts. Further, it is shown that the decomposition of received signals can be exploited to solve the local stability problem. Therefore, faster and improved separation can be obtained by removing the direct parts first by null beamforming. Simulation results using real office recordings confirm the expectation.
An economic signal in the real world usually reflects complex phenomena. One may have difficulty both extracting and interpreting information embedded in such a signal. A natural way to reduce complexity is to decompose the original signal into several simple components, and then analyze each component. Spectral analysis (Priestley, 1981) provides a tool to analyze such signals under the assumption that the time series is stationary. However when the signal is subject to non-stationary and nonlinear characteristics such as amplitude and frequency modulation along time scale, spectral analysis is not suitable. Huang et al. (1998b, 1999) proposed a data-adaptive decomposition method called empirical mode decomposition and then applied Hilbert spectral analysis to decomposed signals called intrinsic mode function. Huang et al. (1998b, 1999) named this two step procedure the Hilbert-Huang transform(HHT). Because of its robustness in the presence of nonlinearity and non-stationarity, HHT has been used in various fields. In this paper, we discuss the applications of the HHT and demonstrate its promising potential for non-stationary financial time series data provided through a Korean stock price index.
This Paper Presents new transient signal classification algorithms for underwater transient signals. In general. the ambient noise has small spectral deviation and energy variation. while a transient signal has large fluctuation. Hence to detect the transient signal, we use the spectral deviation and power variation. To classify the detected transient signal. the feature Parameters are obtained by using the Wigner-Ville distribution based eigenvalue decomposition. The correlation is then calculated between the feature vector of the detected signal and all the feature vectors of the reference templates frame-by-frame basis, and the detected transient signal is classified by the frame mapping rate among the class database.
Proceedings of the Korea Institute of Convergence Signal Processing
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2001.06a
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pp.133-136
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2001
In this paper, we propose a calculation method for fuzzy control based on quantized $\alpha$ -cut decomposition of fuzzy sets. This method is easy to be implemented in analog hardware. The effect of quantization levels on defuzzified fuzzy inference result is investigated. A few quantization levels are sufficient for fuzzy control. The hardware implementation of this calculation method and the defuzzificaion by gravity center method by PWM are also presented.
Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers
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v.50
no.3
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pp.212-218
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2013
This paper presents an SVD(Singular Value Decomposition)-Pseudo Spectrum method for SAR (Synthetic Aperture Radar) imaging. The purpose of this work is to improve resolution and target separability of SAR images. This paper proposes SVD-Pseudo Spectrum method whose advantages are noise robustness, reduction of sidelobes and high resolution of spectral estimation. SVD-Pseudo Spectrum method uses Hankel Matrix of signal components and SVD (Singular Value Decomposition) method. In this paper, it is demonstrated that the SVD-Pseudo Spectrum method shows better performance than the matched filtering method and the conventional super-resolution based multiple signal classification (MUSIC) method in SAR image processing. The targets to be separated are modeled, and this modeled data is used to demonstrate the performance of algorithms.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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