非平穩(wěn)信號(hào)時(shí)頻分析技術(shù)研究.pdf

1、在信號(hào)處理中，信號(hào)一般分為兩大類(lèi)：確定性信號(hào)和隨機(jī)信號(hào)。而隨機(jī)信號(hào)又可以分為平穩(wěn)的和非平穩(wěn)的。傳統(tǒng)信號(hào)處理理論研究的對(duì)象大多局限于平穩(wěn)信號(hào)，然而，人們發(fā)現(xiàn)眾多的實(shí)際信號(hào)，譬如雷達(dá)、聲納、語(yǔ)音、音樂(lè)、生物信號(hào)等都具有非平穩(wěn)特征，都是典型的非平穩(wěn)信號(hào)，為了分析和處理實(shí)際信號(hào)，半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，眾多學(xué)者由Fourier分析入手，提出并發(fā)展了一系列的信號(hào)分析理論，時(shí)頻分析就是其中比較成熟和重要的一種。 本文介紹了時(shí)頻分析的基本理論和幾種傳

2、統(tǒng)的時(shí)頻分析理論，包括短時(shí)傅立葉變換，小波變換等，并介紹了Norden E．Huang等人創(chuàng)立的Hilbert_Huang變換（HHT）的新方法。這一方法創(chuàng)造性地提出了固有模態(tài)信號(hào)的新概念以及將任意信號(hào)分解為固有模態(tài)信號(hào)組成的方法——經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解法（Empirical Mode Decomposition，EMD），從而賦予了瞬時(shí)頻率合理的定義、物理意義和求法，初步建立了以瞬時(shí)頻率為表征信號(hào)交變的基本量，以固有模態(tài)信號(hào)為基本時(shí)域信號(hào)的新

3、時(shí)頻分析方法體系。經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解（EMD）特別適合處理非線性、非平穩(wěn)信號(hào)。它可以把復(fù)雜的信號(hào)分解為一組按頻率高低排列的固有模態(tài)函數(shù)（Intrinsic mode function，IMF）之和，每一個(gè)IMF所包含的頻率成分不僅與采樣頻率有關(guān)，更重要的是它隨信號(hào)本身的變化而變化，因而EMD是一種自適應(yīng)的信號(hào)處理方法。該方法已廣泛應(yīng)用于機(jī)械故障檢測(cè)、地震信號(hào)分析、生物醫(yī)學(xué)以及電磁波、聲波信號(hào)分析等領(lǐng)域。EMD分解和Hilbert譜分析方法統(tǒng)稱(chēng)

4、為Hilbert—Huang變換，具有很多優(yōu)越性：第一次給出了IMF的定義，指出IMF的幅度允許改變，突破了傳統(tǒng)上僅將幅度不變的簡(jiǎn)諧信號(hào)定義為基信號(hào)的局限；在對(duì)信號(hào)分解時(shí)不需要先驗(yàn)的基底，每一個(gè)IMF包含的頻率成分不僅與采樣頻率有關(guān)，還隨著信號(hào)本身的變換而變化，具有自適應(yīng)性，而當(dāng)小波基和分解尺度確定時(shí)，小波分解只與分解尺度和信號(hào)采樣頻率有關(guān)，不具有自適應(yīng)性；瞬時(shí)頻率定義為相位的導(dǎo)數(shù)，不需要整個(gè)波來(lái)定義局部頻率；小波分析本質(zhì)上是可調(diào)的窗口

5、傅立葉變換，由于小波基函數(shù)的長(zhǎng)度有限，在對(duì)信號(hào)作小波變換時(shí)會(huì)產(chǎn)生能量泄露，從而在對(duì)信號(hào)時(shí)頻域作精確分析時(shí)會(huì)有較大的困難。 本研究針對(duì)傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解所得的前幾階固有模態(tài)函數(shù)帶寬過(guò)大，提取的IMF不能很好地滿足Hilbert變換的窄帶/單組分頻率要求的問(wèn)題，提出了一種改進(jìn)的掩蔽信號(hào)方法，用來(lái)限制EMD分解中信號(hào)的帶寬，并與增加迭代次數(shù)相結(jié)合，改善了經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解的頻率分辨能力。研究了EMD的迭代次數(shù)與其頻率區(qū)分能力的關(guān)系；提出使用