專利名稱：一種時變非平穩(wěn)信號時頻分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種對時變非平穩(wěn)信號進(jìn)行時頻分析的方法。
背景技術(shù)：
經(jīng)典的Fourier變換理論建立了信號從時域到頻域的變換橋梁。但是,Fourier變換無法表述頻率隨時間的變化情況。也就是說，F(xiàn)ourier變換無法表述信號的時頻局部特征，僅適合于分析平穩(wěn)信號而不適合于分析具有時變特性的非平穩(wěn)信號。為了彌補Fourier變換這一不足,需要尋求一種能對信號實行時頻局部化的新方法來處理信號，便引出了直接在時頻平面上表征信號的方法，即時頻分析方法。目前應(yīng)用較多且效果較好的時頻分析方法為Hilbert-Huang變換。 1998年，美國國家航空航天局(NASA)的Huang等人提出了 Hilbert-Huang變換(HHT)。1999年，Huang又對它進(jìn)行了ー些改進(jìn)。HHT被認(rèn)為是近年來對以Fourier變換為基礎(chǔ)的線性和穩(wěn)態(tài)譜分析方法的ー個重大突破，也是最新發(fā)展起來的非線性、非平穩(wěn)信號的時頻分析方法。該方法的基本過程是先將時間信號進(jìn)行經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解(empirical modedecomposition, EMD),產(chǎn)生一組具有不同特征時間尺度的本征模函數(shù)(intrinsic modefunction, IMF)，然后再對每ー個IMF分別作Hilbert變換，得到各自的瞬時幅值和瞬時頻率。把瞬時幅值表示在時間-頻率平面上，就得到了 Hilbert譜，該譜能夠準(zhǔn)確地描述信號的能量隨時間和頻率的變化規(guī)律。該方法計算的瞬時頻率有很高的時間分辨率和較高的頻率分辨率，然而，這里有三個主要缺點在低頻區(qū)會產(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；不能分離出信號的低能量成分。

發(fā)明內(nèi)容
為了更好地對時變非平穩(wěn)信號進(jìn)行時頻分析，本發(fā)明提供一種新的時變非平穩(wěn)信號時頻分析方法。本發(fā)明的時變非平穩(wěn)信號進(jìn)行時頻分析的方法，首先將任意時變非平穩(wěn)信號x(t),t G
分解成若干個單頻率分量，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x(t)，t e
所有的局部極大值點和局部極小值點，用三次樣條曲線分別擬合信號的上包絡(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
1.一種時變非平穩(wěn)信號時頻分析方法，其特征在于包括以下步驟 步驟一輸入原始信號，根據(jù)第i階局部極值的定義，確定信號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x(t)，t e [O, T]所有的局部極大值點和局部極小值點，用三次樣條曲線分別擬合信號的上包絡(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所述的ー種時變非平穩(wěn)信號時頻分析方法，其特征在于在步驟ニ中，采用鏡像法對局部極值點進(jìn)行端點延拓，即在局部極值點序列首尾鏡像各増加ー個點。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種時變非平穩(wěn)信號時頻分析方法，其特征在于在步驟四中，為將信號最高頻分量快速分離出來，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)使得在任ー時刻t，Amlk (t)不能超出由其對應(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)明公布了一種時變非平穩(wěn)信號時頻分析方法，首先提出了單頻率信號和第i階局部極值的定義，根據(jù)定義，對時變非平穩(wěn)信號進(jìn)行單頻率信號分解，得到若干個單頻率分量，然后通過Hilbert變換獲得各個分量的瞬時頻率和瞬時幅值。進(jìn)一步，在幅值-頻率-時間三維空間中，把幅值繪制在時頻平面上，就得到Hilbert幅度譜。將幅度譜對時間進(jìn)行積分后，得到Hilbert邊際譜。本發(fā)明具有完全自適應(yīng)性；同時不受測不準(zhǔn)原理的制約，時間和頻率都具有較高的分辨率；分解比較徹底，能得到各自獨立的單頻率分量即信號的本質(zhì)特征，各個分量之間不存在交叉項；分解過程中采取加速方法，節(jié)約計算時間。
文檔編號G01R23/16GK102650658SQ201210101158
公開日2012年8月29日 申請日期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 申請人:機械工業(yè)第三設(shè)計研究院