MATLAB实现BP神经网络调制信号去噪完整代码与数据

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资源摘要信息:"本文档介绍了一种基于BP(反向传播)神经网络的去噪算法,特别是针对调制信号的去噪处理。该算法通过MATLAB编程实现,提供了完整的代码和相关数据集,并且代码中包含了详细的注释说明,便于用户理解和扩展应用。BP神经网络是一种多层前馈神经网络,通过使用梯度下降算法对网络权值和偏置进行优化调整,从而实现对输入数据的有效学习和映射。在信号处理领域,BP神经网络用于去噪,主要是利用其强大的非线性映射能力,通过网络的学习过程,提取信号中的有效信息,同时抑制噪声成分。 在本资源中,BP神经网络被应用于调制信号的去噪。调制信号是指携带信息的信号通过调制技术加载到载波上的过程,常见的调制方式包括幅度调制(AM)、频率调制(FM)等。在传输或处理过程中,调制信号往往会受到噪声的干扰,导致信息的失真。因此,去除噪声,恢复原始信号对于通信系统来说至关重要。 本资源的代码部分提供了完整的BP神经网络去噪模型实现,用户可以根据提供的MATLAB脚本文件main.m运行并观察结果。该脚本文件不仅包含了BP神经网络的构建和训练过程,还包括了对调制信号去噪的实验过程和结果输出。此外,用户还可以通过提供的图片文件(2.jpg、1.jpg、3.jpg、5.jpg、4.jpg)来理解算法的流程和效果,图片文件可能包含了网络结构图、信号的时域或频域展示、去噪前后的对比等。 对于想要进一步学习或应用该算法的本科及以上学历用户,本资源的完整性和扩展性提供了良好的基础。用户可以通过修改网络参数、调整网络结构或者扩展至其他类型的信号去噪来满足特定的需求。如果在使用过程中遇到问题,用户可以私信博主进行咨询。此外,如果用户需要更多的创新或者有修改意见,也可以扫描文档中的二维码与博主取得联系。 总的来说,本资源不仅包含了理论和实践的结合,还提供了用户交流和创新的空间,是一份十分有价值的资源,特别是在BP神经网络去噪和调制信号处理领域的学习和研究中。" 知识点: 1. BP神经网络定义及原理:BP神经网络是一种利用反向传播算法进行训练的多层前馈神经网络,主要用于通过学习来逼近复杂函数。BP网络由输入层、隐含层(一个或多个)和输出层组成,每一层由若干神经元构成。在训练过程中,通过正向传播输入数据,并计算输出误差;然后误差反向传播,调整网络中的权重和偏置,直至网络输出与期望值之间的误差达到预定的阈值或进行一定次数的迭代。 2. BP神经网络在去噪中的应用:BP神经网络因其强大的非线性处理能力,被广泛应用于去噪领域。通过训练网络识别和学习信号中的有效特征,同时抑制噪声,实现对被噪声干扰的信号进行有效恢复。 3. 调制信号去噪的重要性:调制信号在通信过程中非常容易受到噪声的干扰,特别是在无线通信和远距离传输中。去噪处理能够有效减少噪声对信号的干扰,提高信号的清晰度和质量,从而提高通信的可靠性。 4. MATLAB编程及应用:MATLAB是一种高级数值计算和可视化环境,广泛应用于工程计算、数据分析、算法开发等领域。在本资源中,MATLAB被用来实现BP神经网络的去噪算法,提供了完整的代码和数据集,并包含注释,方便用户理解并扩展其应用。 5. 去噪算法的实现与优化:通过MATLAB编程实现BP神经网络去噪算法,需要对网络结构、学习算法和参数进行精心选择和优化,以达到最佳的去噪效果。这通常涉及到网络层数、神经元数量、激活函数选择、学习速率、迭代次数、误差目标等的调整。 6. 资源的交流与创新:本资源鼓励用户进行交流和创新,提供了联系方式,允许用户通过私信或扫描二维码的方式与博主取得联系,以解决疑问、交流想法或进行项目的扩展。这有助于提升资源的应用价值和推动相关技术的发展。 7. 信号处理与数据分析:资源中的去噪算法属于信号处理领域的一部分,也是数据分析中的一个关键步骤。通过对信号的去噪处理,可以提取出更加准确和清晰的信息,对于各种基于信号的应用场景具有重要意义。
2012-12-30 上传
一、引言自适应噪声抵消技术是一种能够很好的消除背景噪声影响的信号处理技术,应用自适应噪声抵消技术,可在未知外界干扰源特征,传递途径不断变化,背景噪声和被测对象声波相似的情况下,能够有效地消除外界声源的干扰获得高信噪比的对象信号。 从理论上讲,自适应干扰抵消器是基于自适应滤波原理的一种扩展,简单的说,把自适应滤波器的期望信号输入端改为信号加噪声干扰的原始输入端,而它的输入端改为噪声干扰端,由横向滤波器的参数调节输出以将原始输入中的噪声干扰抵消掉,这时误差输出就是有用信号了。在数字信号采集、处理中,线性滤波是最常用的消除噪声的方法。线性滤波容易分析,使用均方差最小准则的线性滤波器能找到闭合解,若噪声干扰类型为高斯噪声时,可达到最佳的线性滤波效果。 计算机论文www.lunwendingzhi.com; 机械毕业论文www.lunwenwanjia.com 在实际的数字信号采集中,叠加于信号的噪声干扰往往不是单一的高斯噪声,而线性滤波器所要求的中等程度噪声偏移,使线性滤波器对非高斯噪声的滤波性能下降,为克服线性滤波器的缺点,往往采用非线性滤波器,所以本文采用神经网络对信号进行滤波处理。二、基于BP算法和遗传算法相结合的自适应噪声抵消器在本文中,作者主要基于自适应噪声对消的原理对自适应算法进行研究,提出了一种新的算法,即BP算法和遗传算法相结合的自适应算法。 作者对BP网络的结构及算法作了一个系统的综述,分析了BP算法存在的主要缺陷及其产生的原因。传统的BP网络既然是一个非线性优化问题,这就不可避免地存在局部极小问题,网络的极值通过沿局部改善的方向一小步进行修正,力图达到使误差函数最小化的全局解,但实际上常得到的使局部最优点。 管理毕业论文网www.yifanglunwen.com; 音乐毕业论文www.xyclww.com; 英语毕业论文www.lanrenbanjia.com; 学习过程中,下降慢,学习速度缓,易出现一个长时间的误差平坦区,即出现平台。通过对遗传算法文献的分析、概括和总结,发现遗传算法与其它的搜索方法相比,遗传算法(GA)的优点在于:不需要目标函数的微分值;并行搜索,搜索效率高;搜索遍及整个搜索空间,容易得到全局最优解。所以用GA优化BP神经网络,可使神经网络具有进化、自适应的能力。 BP-GA混合算法的方法出发点为: 经济论文www.youzhiessay.com 教育论文www.hudonglunwen.com; 医学论文网www.kuailelunwen.com; (1)利用BP神经网络映射设计变量和目标函数、约束之间的关系;(2)用遗传算法作实现优化搜索;(3)遗传算法中适应度的计算采用神经网络计算来实现。BP-GA混合算法的设计步骤如下:(1)分析问题,提出目标函数、设计变量和约束条件;(2)设定适当的训练样本集,计算训练样本集;(3)训练神经网络;(4)采用遗传算法进行结构寻优;(5)利用训练好的神经网络检验遗传算法优化结果。若满足要求,计算结束;若误差不满足要求,将检验解加入到训练样本集中,重复执行3~5步直到满足要求。 通过用短时傅立叶信号和余弦信号进行噪声对消性能测试,在单一的BP算法中,网络的训练次数、学习速度、网络层数以及每层神经元的节点数都是影响BP网络的重要参数,通过仿真实验可以发现,适当的训练次数可以使误差达到极小值,但是训练次数过多,训练时间太长,甚至容易陷入死循环,或者学习精度不高。学习速度不能选择的太大,否则会出现算法不收敛,也不能选择太小, 会使训练过程时间太长,一般选择为0.01~0.1之间的值,再根据训练过程中梯度变化和均方误差变化值确定。基于梯度下降原理的BP算法,在解空间仅进行单点搜索,极易收敛于局部极小,而GA的众多个体同时搜索解空间的许多点,因而可以有效的防止搜索过程收敛于局部极小,只有算法的参数及遗传算子的操作选择得当,算法具有极大的把握收敛于全局最优解。使用遗传算法需要决定的运行参数中种群大小表示种群中所含个体的数量,种群较小时,可提高遗传算法的运算速度,但却降低了群体的多样性,可能找不出最优解;种群较大时,又会增加计算量,使遗传算法的运行效率降低。一般取种群数目为20~100;交叉率控制着交叉操作的频率,由于交叉操作是遗传算法中产生新个体的主要方法,所以交叉率通常应取较大值,但若过大的话,又可能破坏群体的优良模式,一般取0.4~0.99;变异率也是影响新个体产生的一个因素,变异率小,产生个体少,变异率太大,又会使遗传算法变成随机搜索,一般取变异率为0.0001~0.1。 由仿真结果得知,GA与BP算法的混合算法不论是在运行速度还是在运算精度上都较单纯的BP算法有提高,去噪效果更加明显,在信噪比的改善程度上,混合算法的信噪比针对傅立叶信号提高了16db左右,针对余弦信号提高了23db左右。三、结论用短时傅立叶信号和余弦信号进行噪声对消性能测试,通过分别使用单一的BP算法和混合算法作比较发现遗传算法具有很强的处理能力和优化能力,用它优化BP神经网络的权值,与原有单一的BP算法相比,可以节省大量的学习和计算时间,而且提高了信噪比。