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文檔簡介
1、信號分析在眾多的科研領(lǐng)域都有運(yùn)用,它涉及科學(xué)研究、生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域,而且涉及醫(yī)療診斷,與人們的日常生活密切相關(guān)。對信號處理的研究和運(yùn)用在不同的學(xué)科之間相互交叉,共同推進(jìn)了信號處理研究的發(fā)展。
信號分析方法多,本文嘗試從運(yùn)算方法的角度去分析、比較各種方法,不僅僅以基函數(shù)的不同去區(qū)分各種方法。
實(shí)際工程信號處理中,DFT是最常用的信號處理方法,DFT分析的核心是建立正交基,但是要建立一個正交基能夠準(zhǔn)確識別任意一個頻率
2、的正余弦信號是做不到的,這樣,一個正交基是超現(xiàn)實(shí)的,因此需要“頻譜校正”。DFT先驗地建立正交基,同時要滿足逆變換,保證能夠重構(gòu)信號,存在頻率間隔。基函數(shù)的頻率與信號頻率不吻合將產(chǎn)生誤差,先驗地選取基函數(shù)是DFT分析誤差的原因?;谏鲜龇治觯岢龇窍闰灢呗?。一個工程信號,只有有限個不同頻率的信號。找到這有限個頻率對應(yīng)的基函數(shù),由這些基函數(shù)組成一個函數(shù)系,就能夠?qū)@一信號進(jìn)行準(zhǔn)確分析。這個問題轉(zhuǎn)化為非先驗函數(shù)的尋找和函數(shù)系的建立問題。在這
3、一想法指導(dǎo)下,提出了非先驗的計算分析方法,對單頻、非密集頻譜、一般密集譜和超密集譜由簡到繁的各種情況進(jìn)行了研究,結(jié)果表明非先驗的分析方法都能夠找到一個函數(shù)系與實(shí)際存在的信號吻合,這樣可消除泄露誤差。目前的頻譜校正方法,以解方程為豐要手段,解方程適用于單頻和非密集譜,對于密集譜解方程的方法復(fù)雜,如果同時考慮負(fù)頻譜項,多個密集譜的情況,解方程實(shí)際難以實(shí)現(xiàn)。非先驗函數(shù)的找尋在數(shù)學(xué)上基于優(yōu)化計算。在解決負(fù)頻譜影響(超低頻信號識別)和密集譜的識別
4、問題上尤其顯示其優(yōu)越性,而這兩方面是目前頻譜校正研究的關(guān)注點(diǎn)。非先驗方法基函數(shù)的選取,依據(jù)實(shí)際信號的情況而定,沒有頻率間隔的限制;從非先驗分析的角度看,理論上信號截斷對正余弦信號的準(zhǔn)確識別沒有影響,信號截斷是實(shí)際工程信號處理中的必然,在信號截斷的情況下仍然能夠進(jìn)行準(zhǔn)確識別具有實(shí)際工程意義。
在完成識別的基礎(chǔ)上,研究了用非先驗方法逼近信號。在識別正余弦信號的研究中分析了減法具有消除交叉干擾的作用,由于減法非常簡單,以至于它的
5、這一作用沒有得到重視?;痉窍闰灧椒ㄓ袃蓚€核心運(yùn)算,一個是內(nèi)積運(yùn)算,一個是減法運(yùn)算,減法運(yùn)算保證了這一方法的收斂性。一旦非先驗的函數(shù)系被確定,則能夠進(jìn)行最佳逼近運(yùn)算。與DFT方法對比,非先驗方法的分析機(jī)理不是插值逼近。非先驗方法的分析機(jī)理是一種逐步逼近,采用DFT分析工程信號是一種構(gòu)造型的插值分析方法。本文分析了逼近展開與識別的不同,這兩者有著多方面的區(qū)別,對它們的分析應(yīng)該采用不同的路線,識別和逼近展開的核心區(qū)別在于信息熵不同,識別的信
6、息量大,識別的結(jié)果在時間上可延拓,而一般逼近展開則不能夠。通過算例對比了非先驗分析與DFT和DCT的逼近速度,結(jié)果表明非先驗方法的逼近效率高,非先驗方法具有更廣的基函數(shù)使用空間,能夠更加靈活地適用于不同的信號。
卷積也是信號處理中常見的運(yùn)算,卷積公式y(tǒng)(∞)=H(∞)x(∞)有其適用范圍,只能運(yùn)用于能量有限的信號,對于y(∞)和x(∞)都受到噪聲干擾時,卷積公式l,(∞)=H(∞)x(∞)和反向濾波公式x(∞)=y(∞)/
7、H(∞)都會帶來大的誤差。提出基函數(shù)卷積運(yùn)算,這種卷積運(yùn)算對功率信號和能量信號都適用;與噪聲限值相結(jié)合,基函數(shù)卷積也能夠適用于信號受到噪聲污染的情況。并且將其運(yùn)用于有較強(qiáng)噪聲干擾情況下的反卷積運(yùn)算,診斷結(jié)果有較高的精度。
將非先驗函數(shù)系分析方法運(yùn)用于阻尼識別。實(shí)際上阻尼識別和正余弦信號識別是同一類問題,可以采用相同的技術(shù)路線,不同點(diǎn)僅在于基函數(shù)的選取不同。提出了非先驗函數(shù)系的阻尼識別方法,理論上這一方法對信號的長度沒有特定
8、的要求,是一種準(zhǔn)確識別方法。同時將非先驗分析用于雙傳聲器聲強(qiáng)測量,進(jìn)行了模擬計算和實(shí)驗驗證。結(jié)果證明這種方法可以避免泄漏誤差,準(zhǔn)確地測量出聲強(qiáng)值。
DFT等先驗基方法在思想方面強(qiáng)調(diào)了理想性,但是要達(dá)到這種理想條件有很大的難度。以正、余弦信號的識別為例,不能夠現(xiàn)實(shí)地建立一個完備的正交函數(shù)基保證對任意頻率的正、余弦信號的準(zhǔn)確識別。先驗基分析中,基的建立占主導(dǎo)地位;非先驗分析中,實(shí)際信號占主導(dǎo)地位,基函數(shù)的選取和確定要視信號而定
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