希爾伯特黃變換在矢量信號(hào)處理中的應(yīng)用研究.pdf

1、希爾伯特—黃變換(HHT)是上世紀(jì)末Huang等人首次提出的一種新的信號(hào)分析理論.它通過(guò)EMD分解將信號(hào)分解成有限數(shù)目的IMF信號(hào)并對(duì)每個(gè)IMF進(jìn)行Hilbert變換就可以獲得有意義的瞬時(shí)頻率，從而給出頻率變化的精確表達(dá)。HHT自適應(yīng)地利用了信號(hào)的局部信息，獲得信號(hào)某一時(shí)刻的瞬時(shí)狀態(tài)。 矢量傳感器由聲壓傳感器與直接或間接測(cè)量振速的傳感器以不同方式同心復(fù)合而成，是可以空間共點(diǎn)、同步測(cè)量水下聲場(chǎng)的標(biāo)量(聲壓)和矢量(聲壓梯度、質(zhì)點(diǎn)振

2、速、加速度、位移等)的聲接收換能器。與傳統(tǒng)的聲壓傳感器相比，矢量傳感陣可測(cè)得更全面的聲場(chǎng)信息，更多的信息必然帶來(lái)更大的處理空間，也必將給水聲信號(hào)處理和聲吶技術(shù)的發(fā)展帶來(lái)新的活力。 本文在回顧希爾伯特—黃變換和矢量信號(hào)處理的研究概況基礎(chǔ)上，建立了將二者結(jié)合在一起的矢量希爾伯特—黃變換理論。利用希爾伯特—黃變換獲取信號(hào)的瞬時(shí)信息的特點(diǎn)，結(jié)合矢量信號(hào)處理的特點(diǎn)提出了瞬時(shí)方位的概念，在此基礎(chǔ)上發(fā)展了矢量希爾伯特—黃變換的理論框架，基本概

3、念和基本方法。其中包括固有模態(tài)(IMF)概念、經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解(EMD)分解法、希爾伯特譜、邊際譜、希爾伯特方位譜和希爾伯特方位邊際譜等內(nèi)容。詳細(xì)的討論了矢量希爾伯特—黃變換方法的各種性質(zhì)，其中包括矢量希爾伯特—黃變換的多維表示、指向性與電子旋轉(zhuǎn)、增益分析、頻率分辨率及方位分辨率分析等內(nèi)容。結(jié)合水聲信號(hào)處理的特點(diǎn)，特別是矢量信號(hào)處理的特點(diǎn)討論了矢量希爾伯特—黃變換計(jì)算過(guò)程中遇到的若干問(wèn)題：曲線擬合、邊界處理、終止條件、瞬時(shí)頻率和瞬時(shí)方位的計(jì)

4、算、以及模態(tài)混疊和模態(tài)對(duì)齊等問(wèn)題，針對(duì)水聲信號(hào)的特點(diǎn)提出了解決或改進(jìn)的方法。 本文將矢量希爾伯特—黃變換的理論運(yùn)用到以下兩個(gè)方面：瞬態(tài)信號(hào)的檢測(cè)和方位估計(jì)以及多目標(biāo)分辨和方位估計(jì)。用三種方法處理了大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分別是：互譜法測(cè)向、平均聲強(qiáng)器測(cè)向和矢量希爾伯特—黃變換。跟據(jù)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的結(jié)果得出以下結(jié)論： 1.將矢量希爾伯特—黃變換的方法應(yīng)用于瞬態(tài)信號(hào)處理中，如高速物體的入水擊水聲，發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火聲等都是“瞬態(tài)信號(hào)”。通過(guò)實(shí)驗(yàn)

5、數(shù)據(jù)處理證明矢量希爾伯特—黃變換信號(hào)處理對(duì)瞬態(tài)信號(hào)測(cè)量具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，它較常規(guī)方法有更高的方位分辨率和頻率分辨力，以及更低的檢測(cè)域。 2.將矢量希爾伯特—黃變換的方法應(yīng)用于但矢量傳感器多目標(biāo)分辨及方位估計(jì)中，通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理矢量希爾伯特—黃變換的方法取得了較傳統(tǒng)矢量信號(hào)處理方法更好的效果，改進(jìn)了矢量希爾伯特—黃變換的方法并提出了今后的工作方向。 以上試驗(yàn)結(jié)果與理論、仿真結(jié)果基本相符，支持和鼓舞了該項(xiàng)新技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，并且