全部 标题 作者
关键词 摘要

OALib Journal期刊
ISSN: 2333-9721
费用:99美元

查看量下载量

相关文章

更多...

盲信号分离与传感器技术融合方法及应用研究
Research on the Fusion Method and Application of Blind Signal Separation and Sensor Technology

DOI: 10.12677/oe.2025.152004, PP. 35-45

Keywords: 盲信号分离,传感器技术,复杂环境,数据预处理,应用实践
Blind Signal Separation
, Sensor Technology, Complex Environment, Data Preprocessing, Application Practice

Full-Text   Cite this paper   Add to My Lib

Abstract:

本研究旨在探索盲信号分离(BSS)与传感器技术的协同优化机制及其在复杂环境中的应用价值。通过系统梳理BSS核心算法(如ICA、PCA)的数学原理及传感器技术的设计原则(微型化、低功耗、高灵敏度),提出数据预处理与BSS联合优化策略,以解决多源信号干扰与噪声抑制难题。结合农业传感器网络、MEMS器件动态监测及远程医疗等场景案例,验证了融合技术在农田环境监测、牲畜行为分析及呼吸信号分离中的有效性。结果表明,BSS可显著提升复杂环境下数据采集的准确性与鲁棒性,而传感器技术的微型化与智能化为边缘计算提供了硬件支持。结论指出,两者的结合不仅推动了精准农业与智能医疗的发展,还为基础设施薄弱地区的实时监测提供了技术路径,未来需进一步优化算法轻量化与低成本传感器研发。
This research aims to explore the collaborative optimization mechanism of Blind Signal Separation (BSS) and sensor technology, as well as its application value in complex environments. By systematically reviewing the mathematical principles of core algorithms in BSS (such as ICA and PCA) and the design principles of sensor technology (miniaturization, low power consumption, and high sensitivity), a joint optimization strategy for data preprocessing and BSS is proposed to address the problems of multi-source signal interference and noise suppression. Combined with case studies in agricultural sensor networks, dynamic monitoring of MEMS devices, and remote medical care, the effectiveness of the integrated technology in monitoring agricultural environments, analyzing livestock behavior, and separating respiratory signals has been verified. The results show that BSS can significantly improve the accuracy and robustness of data acquisition in complex environments, while the miniaturization and intelligence of sensor technology provide hardware support for edge computing. The conclusion indicates that the combination of the two technologies not only promotes the development of precision agriculture and intelligent healthcare, but also provides a technical path for real-time monitoring in areas with weak infrastructure. Future research should further optimize the lightweighting of algorithms and the development of low-cost sensors.

References

[1]  于海澜. 数控技术的发展趋势[J]. 湖南农机, 2012, 39(5): 126, 128.
[2]  Kahraman, C. and Haktanır, E. (2023) Intelligent Systems in Digital Transformation. Springer International Publishing.
https://link.springer.com/10.1007/978-3-031-16598-6
[3]  智造苑. 智能感知技术[EB/OL].
https://www.clii.com.cn/lhrh/hyxx/202305/t20230512_3957048.html, 2025-05-03.
[4]  陈兴, 邴超. 面向电力设施的无人机多目标监测与反制系统[J]. 机械制造与自动化, 2023, 52(2): 220-224.
[5]  王连喜, 蒋盛益. 基于CNKI和WoS的国内与国际涉华舆情研究对比分析[J]. 情报探索, 2019(10): 116-124.
[6]  祝小蜜, 温琦霖. 一种基于单片机的蓝牙医疗设备网关的软件设计[J]. 电子制作, 2022, 30(10): 14-19.
[7]  祝小蜜, 温琦霖. 一种基于单片机的蓝牙医疗设备网关的硬件设计[J]. 电子制作, 2022, 30(9): 11-15.
[8]  王裕莞, 岑盈静, 陈苑冰, 李慕尧, 邢赫. 一种基于ESP8266的智能在线辐射监测系统设计[J]. 中国科技信息, 2024(21): 121-124.
[9]  廖秀娟, 蔡俊发, 刘智莹. 常态化疫情防控形势下高校学生工作管理模式的对策研究——以广州商学院为例[J]. 就业与保障, 2021(3): 185-186.
[10]  廖琪. 高校辅导员在高职院校易班平台的意见领袖角色研究[J]. 国际公关, 2022(21): 151-153.
[11]  张朝霞, 关俊明, 熊茂华. 基于智能区块链技术的高校辅导员绩效评估体系架构的研究[J]. 信息记录材料, 2022, 23(11): 98-101.
[12]  吴晓玲, 姜灵敏, 张连堂, 等. 大数据技术下面向企业需求的高校应用型人才培养课程体系设计[J]. 计算机教育, 2020(1): 86-92.
[13]  Lin, Q., Zhang, Z. and Peng, M. (2024) Research on the Emotion of “College Students’ Employment” Based on Online Reviews. In: Agarwal, N., Birkök, M.C., Casero-Ripollés, A., Ibáñez, D.B., Khan, I.A., et al., Eds., 2024 5th International Conference on Modern Education and Information Management (ICMEIM 2024), Atlantis Press, 234-239.
https://www.atlantis-press.com/proceedings/icmeim-24/126005367
[14]  黄太秦. 基于强化学习的端边云3C资源联合优化策略研究[D]: [硕士学位论文]. 广东技术师范大学, 2023.
[15]  邵智宝, 黄文标, 陈洪军. 电子邮政——新一代网商[J]. 中国邮政, 2005(3): 45-46.
[16]  李长龙. 面向对象的沙化土地GF-1遥感分类技术研究[D]: [硕士学位论文]. 广州: 中国林业科学研究院, 2016.
[17]  王鹏程, 彭光文, 吕安琪, 郭念民, 王远. 连续介质区近地表建模方法应用研究[C]//中国石油学会石油物探专业委员会. 第三届中国石油物探学术年会论文集(一). 北京: 石油工业出版社, 2025: 405-408.
[18]  Khan, A., Li, J.P., Khan, M.Y. and Alam, R. (2020) Complex Environment Perception and Positioning Based Visual Information Retrieval. International Journal of Information Technology, 12, 409-417.
[19]  郭洁, 莫建明, 冯世景, 等. 基于IOT技术的现代农业产业控制系统探究[J]. 农业产业化, 2024(12): 46-48.
[20]  顾廷炜, 汤明宏, 孙晓冬. 智能传感器技术应用现状与发展趋势综述[J]. 物联网技术, 2025, 15(1): 59-63.
[21]  岳祺. 电子信息监测仪器的精准检测技术创新[C]//天津中宸睿信科技发展有限公司. 天津市电子学会. 第三十八届中国(天津) 2024’ IT、网络、信息技术、电子、仪器仪表创新学术会议论文集. 天津: 天津科学技术出版社, 2024: 35-38.
[22]  周治宇, 陈豪. 盲信号分离技术研究与算法综述[J]. 计算机科学, 2009, 36(10): 16-20, 31.
[23]  Huang, L., Wang, Z., Zhao, L., Zhao, D., Wang, C., Xu, Z., et al. (2010) Electrical Signal Measurement in Plants Using Blind Source Separation with Independent Component Analysis. Computers and Electronics in Agriculture, 71, S54-S59.
https://doi.org/10.1016/j.compag.2009.07.014
[24]  潘伟豪, 盛卉子, 王春宇, 等. 基于欠定盲源分离和深度学习的生猪状态音频识别[J]. 华南农业大学学报, 2024, 45(5): 730-742.
[25]  李赵春, 周永照, 冯卫奔, 等. 基于Transformer模型的手势脑电信号分类识别[J]. 科学技术与工程, 2023, 23(5): 2044-2050.
[26]  李军, 李虎林. 电动汽车锂离子电池荷电状态估算方法综述[J]. 科学技术与工程, 2022, 22(6): 2147-2158.
[27]  尹晶凡. 水声信号盲源分离技术研究[D]: [硕士学位论文]. 天津: 河北工业大学, 2019.
[28]  杨斌, 王斌. 光谱解混技术及其应用研究进展[J]. 激光与光电子学进展, 2021, 58(16): 68-95.
[29]  陈梦, 何选森. 基于八阶收敛牛顿迭代的Fast-ICA改进算法[J]. 计算机工程与应用, 2017, 53(11): 178-181, 251.
[30]  饶夫基. 传感器技术现状和发展动向[J]. 国外自动化, 1986(1): 50-54.
[31]  Mishra, M.K., Dubey, V., Mishra, P.M. and Khan, I. (2019) MEMS Technology: A Review. Journal of Engineering Research and Reports, 4, 1-24.
[32]  潘春霞. 基于MEMS技术的农业自动浇灌系统[P]. 中国专利, CN103168659A. 2013-06-26.
[33]  青岛智腾微电子. 石英挠性加速度计和MEMS加速度计的工作原理及比较[EB/OL].
https://www.ztmicro.com/news-zx/2023-04-19/340/, 2025-05-05.
[34]  MEMS微纳加工技术: 原理、工艺与应用全解析[EB/OL].
https://www.bymicrofab.com/hydt/184.html, 2025-05-05.
[35]  赵辉, 尹志勇, 杨光瑜, 陈蓉, 王立军, 王正国. 头颈部损伤防护装置[P]. 中国专利, CN102407943A. 2012-04-11.
[36]  王娇娇, 徐波, 王聪聪, 等. 作物长势监测仪数据采集与分析系统设计及应用[J]. 智慧农业, 2019, 1(4): 91-104.
[37]  广东省交通运输厅. 港珠澳大桥日益成为大湾区发展“纽带” [EB/OL].
https://td.gd.gov.cn/dtxw_n/tpxw/content/post_4510897.html, 2025-05-05.
[38]  腾讯云开发者社区-腾讯云. 数字孪生港珠澳大桥: 大湾区综合管理信息系统[EB/OL].
https://cloud.tencent.com/developer/article/1998980, 2025-05-05.
[39]  刘阳. 我国农业物联网发展问题浅析与对策研究[J]. 物联网技术, 2016, 6(2): 90-91.
[40]  王仁强, 宋鹏. 基于多传感器融合与云端协同的实时手语翻译系统设计[J/OL]. 物联网技术: 1-6.
https://kns.cnki.net/KCMS/detail/detail.aspx?dbcode=CAPJ&dbname=CAPJLAST&filename=WLWJ20250421008, 2025-05-05.
[41]  统一配网-ESP32-S3——ESP-IDF编程指南v5.4.1文档[EB/OL].
https://docs.espressif.com/projects/esp-idf/zh_CN/stable/esp32s3/api-reference/provisioning/provisioning.html, 2025-05-05.
[42]  杨春勇, 侯金, 陈少平, 等. 动物声音情绪识别系统及其方法[P]. 中国专利, CN104700829A. 2015-06-10.
[43]  TLV320AIC34 Four-Channel, Low-Power Audio Codec for Portable Audio and Telephony.
https://www.ti.com/product/TLV320AIC34#params
[44]  Digi XBee®快速重新设计服务[EB/OL].
https://zh.digi.com/products/iot-software-services/wireless-design-services/development/xbee-rapid-redesign-services, 2025-05-05.
[45]  叶鸿瑾, 李祥生, 满晰, 等. 基于小波变换的图像去噪方法的研究[J]. 数学的实践与认识, 2009(23): 137-141.
[46]  刘帅骞. WT-FFDNet: 引入小波卷积的图像去噪网络[J]. 软件工程与应用, 2025, 14(2): 392-400.
[47]  潦草通信狗. 图像去噪的艺术: 自适应中值滤波器的应用与实践[EB/OL]. (2024-09-11)
https://blog.csdn.net/m0_59100678/article/details/142124142, 2025-05-13.
[48]  Zhou, J., Zhang, W., Ma, B., Shi, K., Liu, Y.S. and Han, Z. (2024) UDiFF: Generating Conditional Unsigned Distance Fields with Optimal Wavelet Diffusion. arXiv: 2404.06851.
http://arxiv.org/abs/2404.06851
[49]  TWS耳机通话降噪成趋势: 六大算法厂商推出18种解决方案[EB/OL].
https://www.52audio.com/archives/76584.html, 2025-05-13.
[50]  陈鹏, 宋良图, 王儒敬, 等. 基于数据挖掘的农田肥力数据采集分析系统[P]. 中国专利, CN103092142A. 2013-05-08.
[51]  聂立文. 混沌信号在无线传感器网络中的盲分离[J]. 信息记录材料, 2017, 18(7): 78-79.
[52]  彭硕, 陶亮, 查文文, 等. 基于稀疏分量分析的生猪音频欠定盲源分离研究[J]. 畜牧兽医学报, 2023, 54(7): 2794-2809.
[53]  赫尔实验室有限公司. 使用彩色图像的盲源分离确定农作物残茬分数的系统和方法[P]. 中国专利, CN111868782A. 2024-01-02.
https://kns.cnki.net/KCMS/detail/detail.aspx?dbcode=SCPD&dbname=SCPD202401&filename=CN111868782B
[54]  程序边界. DeepSeek在物联网设备中的应用: 通过轻量化模型实现本地化数据分析[EB/OL]. (2025-04-23)
https://blog.csdn.net/qq_32682301/article/details/147455902, 2025-05-05.
[55]  电子产品世界. 从楼层定位到水下探测: 兆易创新MEMS气压传感器的无限可能[EB/OL]. (2025-04-17)
https://finance.sina.com.cn/tech/roll/2025-04-17/doc-inetmqqf3800998.shtml, 2025-05-05.
[56]  孟庆港, 汪金花, 王赛楠, 等. MEMS IMU实测磁信号MNMF盲源分离降噪及匹配定位分析[J/OL]. 武汉大学学报(信息科学版): 1-15.
https://doi.org/10.13203/j.whugis20230186, 2025-05-05.
[57]  伊恩泽, 牛凯, 张扶桑, 等. 基于商用WiFi设备的多人呼吸监测系统[J]. 计算机科学技术学报, 2025, 40(1): 229-251.
[58]  白春学, 虞明, 印洁, 等. 远程呼吸监护医疗系统[P]. 中国专利, CN201453268U. 2010-05-12.
[59]  国务院关于加强城市基础设施建设的意见[EB/OL].
https://www.gov.cn/zwgk/2013-09/16/content_2489070.htm, 2025-05-05.
[60]  工业和信息化部答网民关于“村里网络覆盖不到、信号差, 上网课不便利”问题的留言[EB/OL].
https://www.gov.cn/hudong/2020-08/11/content_5533983.htm, 2025-05-05.
[61]  央视网. 国家能源局: 多措并举应对南方部分地区电力供应偏紧[EB/OL].
https://news.cctv.com/2020/12/18/ARTINfNhcOK6xcWXmTJYvYiG201218.shtml, 2025-05-05.
[62]  工业和信息化部. 工业和信息化部关于印发“十四五”信息通信行业发展规划的通知[EB/OL]. (2021-11-01)
https://www.gov.cn/zhengce/zhengceku/2021-11/16/content_5651262.htm, 2025-05-13.
[63]  旭时, 王敏敏. 摩擦电纳米发电机自驱动传感体系研究进展[J]. 分析化学进展, 2022, 12(3): 254-265.
[64]  Luo, W., Yang, R., Jin, H., Li, X., Li, H. and Liang, K. (2022) Single Channel Blind Source Separation of Complex Signals Based on Spatial‐Temporal Fusion Deep Learning. IET Radar, Sonar & Navigation, 17, 200-211.
https://doi.org/10.1049/rsn2.12333
[65]  王翔, 赵雨睿. 电磁信号单通道盲分离方法的发展、应用与展望[J]. 电气工程, 2020, 8(4): 158-170.
[66]  传感器专家网. 国产公司大部分小于1%! 国外巨头瓜分中国MEMS市场, 国产还能崛起? [EB/OL]. (2023-05-16.
https://zhuanlan.zhihu.com/p/629884702, 2025-05-05.
[67]  赖挚君, 郑裕田, 连小燕. 我国参与国际标准制定面临的困难问题及对策建议——基于广州市黄埔区的实践[J]. 中国标准化, 2025(1): 129-132.
[68]  工业和信息化部, 国家发展改革委, 教育部, 等. 工业和信息化部等十一部门关于开展“信号升格”专项行动的通知[EB/OL]. (2023-12-27)
https://www.gov.cn/zhengce/zhengceku/202401/content_6924256.htm, 2025-05-05.
[69]  工业和信息化部. 工业和信息化部关于印发《“双千兆”网络协同发展行动计划(2021-2023年)》的通知[EB/OL]. (2021-03-24)
https://www.gov.cn/zhengce/zhengceku/2021-03/25/content_5595693.htm, 2025-05-05.
[70]  安徽网信网. 长丰县“三个一”, 打造数字草莓产业新模式[EB/OL].
https://www.ahwx.gov.cn/szxc/dxal/202206/t20220623_6098053.html, 2025-05-05.
[71]  朝着建成科技强国的宏伟目标奋勇前进[J]. 求知, 2025(4): 4-7.
[72]  中国政府网. 现代化基础设施体系加快构建[EB/OL].
https://www.gov.cn/xinwen/2022-10/20/content_5719971.htm, 2025-05-05.

Full-Text

Contact Us

service@oalib.com

QQ:3279437679

WhatsApp +8615387084133