Harmonic/inter-harmonic detection and analysis is an important issue in power system signal processing. This paper proposes a fast algorithm based on matching pursuit (MP) sparse signal decomposition, which can be employed to extract the harmonic or inter-harmonic components of a distorted electric voltage/current signal. In the MP iterations, the method extracts harmonic/inter-harmonic components in order according to the spectrum peak. The Fast Fourier Transform (FFT) and nonlinear optimization techniques are used in the decomposition to realize fast and accurate estimation of the parameters. First, the frequency estimation value corresponding to the maxim spectrum peak in the present residual is obtained, and the phase corresponding to this frequency is searched in discrete sinusoids dictionary. Then the frequency and phase estimations are taken as initial values of the unknown parameters for Nelder-Mead to acquire the optimized parameters. Finally, the duration time of the disturbance is determined by comparing the inner products, and the amplitude is achieved according to the matching expression of the harmonic or inter-harmonic. Simulations and actual signal tests are performed to illustrate the effectiveness and feasibility of the proposed method.
Moghaddam, Amir Bazrafshan;Bagheripour, Mohammad H.
Geomechanics and Engineering
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v.7
no.2
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pp.149-164
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2014
One of the most advanced classes of techniques for ground response analysis is based on the use of Transfer Functions. They represent the ratio of Fourier spectrum of amplitude motion at the free surface to the corresponding spectrum of the bedrock motion and they are applied in frequency domain usually by FFT method. However, Fourier spectrum only shows the dominant frequency in each time step and is unable to represent all frequency contents in every time step and this drawback leads to inaccurate results. In this research, this process is optimized by decomposing the input motion into different frequency sub-bands using Wavelet Multi-level Decomposition. Each component is then processed with transfer Function relating to the corresponding component frequency. Taking inverse FFT from all components, the ground motion can be recovered by summing up the results. The nonlinear behavior is approximated using an iterative procedure with nonlinear soil properties. The results of this procedure show better accuracy with respect to field observations than does the Conventional method. The proposed method can also be applied to other engineering disciplines with similar procedure.
Electroencephalogram (EEG)-based brain-computer interfaces (BCI) can be used for a number of purposes in a variety of industries, such as to replace body parts like hands and feet or to improve user convenience. In this paper, we propose a method to decompose and extract motor imagery EEG signal using Empirical Mode Decomposition (EMD) and Fast Fourier Transforms (FFT). The EEG signal classification consists of the following three steps. First, during signal decomposition, the EMD is used to generate Intrinsic Mode Functions (IMFs) from the EEG signal. Then during feature extraction, the power spectral density (PSD) is used to identify the frequency band of the IMFs generated. The FFT is used to extract the features for motor imagery from an IMF that includes mu rhythm. Finally, during classification, the Support Vector Machine (SVM) is used to classify the features of the motor imagery EEG signal. 10-fold cross-validation was then used to estimate the generalization capability of the given classifier., and the results show that the proposed method has an accuracy of 84.50% which is higher than that of other methods.
Dragomiretskiy and Zosso (2014) developed a new decomposition method, termed variational mode decomposition (VMD), which is efficient for handling the tone detection and separation of signals. However, VMD may be inefficient in the presence of missing data since it is based on a fast Fourier transform (FFT) algorithm. To overcome this problem, we propose a new approach based on a novel combination of VMD and hierarchical (or h)-likelihood method. The h-likelihood provides an effective imputation methodology for missing data when VMD decomposes the signal into several meaningful modes. A simulation study and real data analysis demonstrates that the proposed method can produce substantially effective results.
For a long cable-stayed bridge, stay cables are its most important load-carrying components. In this paper, long-term monitoring of super-long stay cables of Sutong Bridge is introduced. A comprehensive data analysis procedure is presented, in which time domain and frequency domain based analyses are carried out. In time domain, the vibration data of several long stay cables are firstly analyzed and the standard deviation of the acceleration of stay cables, and its variation with time are obtained, as well as the relationship between in-plane vibration and out-plane vibration. Meanwhile, some vibrations such as wind and rain induced vibration are detected. Through frequency domain analysis, the basic frequencies of the stay cables are identified. Furthermore, the axial forces and their statistical parameters are acquired. To investigate the vibration deflection, an FFT-based decomposition method is used to get the modal deflection. In the end, the relationship between the vibration amplitude of stay cables and the wind speed is investigated based on correlation analysis. Through the adopted procedure, some structural parameters of the stay cables have been derived, which can be used for evaluating the component performance and corresponding management of stay cables.
This paper derives and analyzes a novel block fast Fourier transform (FFT) based joint detection algorithm. The paper compares the performance and complexity of the novel block-FFT based joint detector to that of the Cholesky based joint detector and single user detection algorithms. The novel algorithm can operate at chip rate sampling, as well as higher sampling rates. For the performance/complexity analysis, the time division duplex (TDD) mode of a wideband code division multiplex access (WCDMA) is considered. The results indicate that the performance of the fast FFT based joint detector is comparable to that of the Cholesky based joint detector, and much superior to that of single user detection algorithms. On the other hand, the complexity of the fast FFT based joint detector is significantly lower than that of the Cholesky based joint detector and less than that of the single user detection algorithms. For the Cholesky based joint detector, the approximate Cholesky decomposition is applied. Moreover, the novel method can also be applied to any generic multiple-input-multiple-output (MIMO) system.
In order to effectively simulate nonstationary stochastic turbulent wind fields, four separation hybrid (SEP-H) models are proposed in the present study. Based on the assumption that the lateral turbulence component at one single-point is uncorrelated with the longitudinal and vertical turbulence components, the fluctuating wind is separated into 2nV-1D and nV1D nonstationary stochastic vector processes. The first process can be expressed as double proper orthogonal decomposition (DPOD) or proper orthogonal decomposition and spectral representation method (POD-SRM), and the second process can be expressed as POD or SRM. On this basis, four SEP-H models of nonstationary stochastic turbulent wind fields are developed. In addition, the orthogonal random variables in the SEP-H models are presented as random orthogonal functions of elementary random variables. Meanwhile, the number theoretical method (NTM) is conveniently adopted to select representative points set of the elementary random variables. The POD-FFT (Fast Fourier transform) technique is introduced in frequency to give full play to the computational efficiency of the SEP-H models. Finally, taking a long-span bridge as the engineering background, the SEP-H models are compared with the dimension-reduction DPOD (DR-DPOD) model to verify the effectiveness and superiority of the proposed models.
Condition monitoring has been recognized as an effective and low-cost method to enhance the reliability and improve the maintainability of power electronic converters. In power electronic converters, high-frequency oscillation occurs during the switching transients of power transistors, which is known as ringing. The ringing frequency mainly depends on the values of the parasitic capacitance and stray inductance in the oscillation loop. Although circuit stray inductance is an important factor that leads to the ringing, it does not change with transistor aging. A shift in either the inside inductance or junction capacitance is an important failure precursor for power transistors. Therefore, ringing frequency can be used to monitor the health of power transistors. However, the switching actions of power transistors usually result in a dynamic behavior that can generate oscillation signals mixed with background noise, which makes it hard to directly extract the ringing frequency. A frequency extraction method based on empirical mode decomposition (EMD) and Fast Fourier transformation (FFT) is proposed in this paper. The proposed method is simple and has a high precision. Simulation results are given to verify the ringing analysis and experimental results are given to verify the effectiveness of the proposed method.
This paper discusses the application of piezoelectric sensors used for evaluation of damping ratio of PVC plastics. The development of the mathematical formulation based on the Empirical Mode Decomposition for calculating the damping coefficient and natural frequency of the system is presented. A systematic experimental and analytical investigation was also carried out to demonstrate the integrity of several methods commonly used to evaluate the damping of materials based on a single degree freedom formulation. The influence of the sensors' location was also investigated. Besides the commonly used methods, a newly emerging time-frequency method, namely the Empirical Mode decomposition, is also employed. Mathematical formulations based on the Hilbert-Huang formulation, and a frequency spacing technique were also developed for establishing the natural frequency and damping ratio based on the output voltage of a single piezoelectric sensor. An experimental investigation was also conducted and the results were compared and verified with Finite Element Analysis (FEA), revealing good agreement.
The main objective of this study is to analyse the polarimetric characteristics of the various terrain targets by ground-based polarimetric SAR system and to confirm the compatible and effective polarimetric analysis method to reveal the polarization properties of different terrain targets by the GB-SAR. The fully polarimetric GB-SAR data with HH, HV, VH, and VV components were focused using the Deramp-FFT (DF) algorithm. The focused GB-SAR images were processed by the H/A/$\alpha$ polarimetric decomposition and the combined H/$\alpha$ or H/A/$\alpha$ and Wishart classification method. The segmented image and distribution graphs in H/$\alpha$ plane using Cloude and Pottier's method showed a reliable result that this quad-polarization GB-SAR data could be useful to classified corresponding scattering mechanism. The H/$\alpha$-Wishart and H/A/$\alpha$-Wishart classification results showed that a natural media and an artificial target were discriminated by the combined classification, in particular, after applying multi-looking and the Lee refined speckle filter.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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