專(zhuān)利名稱(chēng)：一種時(shí)變非平穩(wěn)信號(hào)時(shí)頻分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種對(duì)時(shí)變非平穩(wěn)信號(hào)進(jìn)行時(shí)頻分析的方法。
背景技術(shù)：
經(jīng)典的Fourier變換理論建立了信號(hào)從時(shí)域到頻域的變換橋梁。但是,Fourier變換無(wú)法表述頻率隨時(shí)間的變化情況。也就是說(shuō)，F(xiàn)ourier變換無(wú)法表述信號(hào)的時(shí)頻局部特征，僅適合于分析平穩(wěn)信號(hào)而不適合于分析具有時(shí)變特性的非平穩(wěn)信號(hào)。為了彌補(bǔ)Fourier變換這一不足,需要尋求一種能對(duì)信號(hào)實(shí)行時(shí)頻局部化的新方法來(lái)處理信號(hào)，便引出了直接在時(shí)頻平面上表征信號(hào)的方法，即時(shí)頻分析方法。目前應(yīng)用較多且效果較好的時(shí)頻分析方法為Hilbert-Huang變換。 1998年，美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)的Huang等人提出了 Hilbert-Huang變換(HHT)。1999年，Huang又對(duì)它進(jìn)行了ー些改進(jìn)。HHT被認(rèn)為是近年來(lái)對(duì)以Fourier變換為基礎(chǔ)的線性和穩(wěn)態(tài)譜分析方法的ー個(gè)重大突破，也是最新發(fā)展起來(lái)的非線性、非平穩(wěn)信號(hào)的時(shí)頻分析方法。該方法的基本過(guò)程是先將時(shí)間信號(hào)進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解(empirical modedecomposition, EMD),產(chǎn)生一組具有不同特征時(shí)間尺度的本征模函數(shù)(intrinsic modefunction, IMF)，然后再對(duì)每ー個(gè)IMF分別作Hilbert變換，得到各自的瞬時(shí)幅值和瞬時(shí)頻率。把瞬時(shí)幅值表示在時(shí)間-頻率平面上，就得到了 Hilbert譜，該譜能夠準(zhǔn)確地描述信號(hào)的能量隨時(shí)間和頻率的變化規(guī)律。該方法計(jì)算的瞬時(shí)頻率有很高的時(shí)間分辨率和較高的頻率分辨率，然而，這里有三個(gè)主要缺點(diǎn)在低頻區(qū)會(huì)產(chǎn)生不合理的頻譜特征JMF的定義缺乏理論依據(jù)，且有的MF不滿足單頻率分量條件；不能分離出信號(hào)的低能量成分。

發(fā)明內(nèi)容
為了更好地對(duì)時(shí)變非平穩(wěn)信號(hào)進(jìn)行時(shí)頻分析，本發(fā)明提供一種新的時(shí)變非平穩(wěn)信號(hào)時(shí)頻分析方法。本發(fā)明的時(shí)變非平穩(wěn)信號(hào)進(jìn)行時(shí)頻分析的方法，首先將任意時(shí)變非平穩(wěn)信號(hào)x(t),t G
分解成若干個(gè)單頻率分量，包括如下步驟步驟ー根據(jù)第i階局部極值的定義，確定信號(hào)x(t)，t E
所包含的單頻率分量的數(shù)目n;步驟ニ 找出信號(hào)x(t)，t e
所有的局部極大值點(diǎn)和局部極小值點(diǎn)，用三次樣條曲線分別擬合信號(hào)的上包絡(luò)線u(t)和下包絡(luò)線D (t)，上、下包絡(luò)線的均值即平均包絡(luò)線mn(t)為
權(quán)利要求
1.一種時(shí)變非平穩(wěn)信號(hào)時(shí)頻分析方法，其特征在于包括以下步驟 步驟一輸入原始信號(hào)，根據(jù)第i階局部極值的定義，確定信號(hào)X (t)，t e [O，T]所包含的單頻率分量的數(shù)目η; 步驟ニ 找出信號(hào)x(t)，t e [O, T]所有的局部極大值點(diǎn)和局部極小值點(diǎn)，用三次樣條曲線分別擬合信號(hào)的上包絡(luò)線U(t)和下包絡(luò)線D(t)，上、下包絡(luò)線的均值即平均包絡(luò)線mn (t)為
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種時(shí)變非平穩(wěn)信號(hào)時(shí)頻分析方法，其特征在于在步驟ニ中，采用鏡像法對(duì)局部極值點(diǎn)進(jìn)行端點(diǎn)延拓，即在局部極值點(diǎn)序列首尾鏡像各増加ー個(gè)點(diǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種時(shí)變非平穩(wěn)信號(hào)時(shí)頻分析方法，其特征在于在步驟四中，為將信號(hào)最高頻分量快速分離出來(lái)，先采取如下加速辦法當(dāng)k為奇數(shù)吋，mlk(t)=Amlk(t)，式中λ為加速系數(shù)，為大于I的正數(shù)，λ取值應(yīng)使得在任ー時(shí)刻t，Amlk (t)不能超出由其對(duì)應(yīng)的上包絡(luò)線U(t)和下包絡(luò)線D(t)確定的區(qū)間。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種時(shí)變非平穩(wěn)信號(hào)時(shí)頻分析方法，首先提出了單頻率信號(hào)和第i階局部極值的定義，根據(jù)定義，對(duì)時(shí)變非平穩(wěn)信號(hào)進(jìn)行單頻率信號(hào)分解，得到若干個(gè)單頻率分量，然后通過(guò)Hilbert變換獲得各個(gè)分量的瞬時(shí)頻率和瞬時(shí)幅值。進(jìn)一步，在幅值-頻率-時(shí)間三維空間中，把幅值繪制在時(shí)頻平面上，就得到Hilbert幅度譜。將幅度譜對(duì)時(shí)間進(jìn)行積分后，得到Hilbert邊際譜。本發(fā)明具有完全自適應(yīng)性；同時(shí)不受測(cè)不準(zhǔn)原理的制約，時(shí)間和頻率都具有較高的分辨率；分解比較徹底，能得到各自獨(dú)立的單頻率分量即信號(hào)的本質(zhì)特征，各個(gè)分量之間不存在交叉項(xiàng)；分解過(guò)程中采取加速方法，節(jié)約計(jì)算時(shí)間。
文檔編號(hào)G01R23/16GK102650658SQ201210101158
公開(kāi)日2012年8月29日 申請(qǐng)日期2012年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月31日
發(fā)明者唐毅, 宋斌華, 文靈紅, 毛偉 申請(qǐng)人:機(jī)械工業(yè)第三設(shè)計(jì)研究院