时序信号分析系统

论文摘要

在自然科学、社会科学及工程技术等许多领域,普遍存在着按时间顺序发生的具有概率特征的各种随机现象,通过观测把这些现象记录下来便成为可供分析的随机数据。所谓时间序列通常就是指这种有序的随机数据。时间序列分析提供了一套具有科学依据的动态数据处理方法,该方法的主要手段是对各种类型的数据,采用相应的数学模型去近似描述。通过对模型的分析研究,便可更本质地了解数据的内在结构和复杂特性,从而达到预测其发展趋势并进行必要的控制的目的。目前,时间序列分析算法的多样性,使算法选择变的更加困难、更容易选择错误的或不合适的模型使预测不准确甚至无效。而选择何种模型往往需要大量的验算或更多的专业知识。现在时间序列分析的软件很多,但一般操作都比较复杂,制约了更多用户的使用。并且,有的时间序列分析软件具有应用领域的局限性,可能导致用户选择不适当的预测软件,造成错误的判断。因此,研究并实现使用方便、功能完善、具有通用性的时间序列分析系统具有很重要的意义。首先,本文根据时序信号分析和现有时序序列分析系统的特点,确定了本文时序信号分析系统的组成和应具备的功能;其次,在系统的高层设计中,将应用系统的基本模型和面向对象系统的模型/视图/控制(MVC,Model/View/Controller)程序框架结构相结合,提出了系统的设计原则和目标,并给出了模块化的解决方案。系统的框架设计大致分为UI层、Facade层和Engine层。各个层次都有相对独立的框架,具有较低的藕合度,易于扩展。然后,利用UML建模语言分别对UI层、Facade层、Engine层的设计细节进行了描述。本文在研究时间序列分析算法的基础上,实现了其中几种时间序列分析方法,并通过数据测试验证了算法的有效性。论文最后介绍了时间序列分析系统的界面设计、主要功能模块的实现细节及目前系统实现的功能。本文设计的时序信号分析系统结合专家系统、虚拟仪器技术,可以在专家的参与下对时序信号进行分析,还可以再现信号的动态变化过程,经该系统分析的信号,既可看到信号的概貌,又可看到信号的细节。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 时间序列概述
• 1.2 时间序列国内外研究现状综述
• 1.3 课题研究的目的及意义
• 1.4 课题研究的主要内容
• 1.5 论文的组织结构
• 本章小结
• 第二章 时序信号分析系统的设计
• 2.1 系统设计的目标和原则
• 2.1.1 目标系统
• 2.1.2 MVC 模式在时序信号分析系统开发应用中的意义
• 2.2 系统的总体设计
• 2.2.1 系统的模块结构
• 2.2.2 系统的处理流程
• 2.2.3 系统的体系结构
• 2.2.4 系统的包设计
• 2.3 系统的详细设计
• 2.3.1 UI 层与Facade 层的通信
• 2.3.2 Engine 层数据管理模块的类设计
• 2.3.3 Engine 层时序信号分析模块的类设计
• 2.3.4 Engine 层专家系统管理模块详细设计
• 本章小结
• 第三章 时序信号分析及处理
• 3.1 时序信号预处理
• 3.1.1 数据变换
• 3.1.2 滤除直线趋势项
• 3.2 时间序列的描述
• 3.2.1 概率直方图和散点图
• 3.2.2 自协方差函数和自相关函数
• 3.2.3 周期图
• 3.3 AR 模型参数估计与预测
• 3.3.1 参数估计
• 3.3.2 预测
• 3.4 离散小波变换
• 本章小结
• 第四章 时序信号分析系统的实现
• 4.1 应用系统界面设计原则
• 4.2 系统主操作界面
• 4.3 信号模拟器界面
• 4.4 小波分析参数设置界面
• 4.5 数字滤波器设计界面
• 4.6 系统实现的功能
• 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 本文工作总结
• 5.2 未来研究工作
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢