[發明專利]一種一維數據的包絡提取方法及系統

有效

• 申請號: 201110438874.1
• 申請日: 2011-12-23
• 公開（公告）號: CN103178806A
• 公開（公告）日: 2013-06-26
• 發明（設計）人: 馮海泓;原猛;孟慶林;趙建平
• 申請（專利權）人: 中國科學院聲學研究所
• 主分類號: H03H17/02
• 分類號: H03H17/02
• 代理公司: 北京法思騰知識產權代理有限公司 11318
• 代理人: 楊小蓉;高宇

技術領域

本發明提出了一種針對一維數據的包絡提取方法，適用于一維連續數據的包絡提取，具體涉及一種一維數據的包絡提取方法及系統。

背景技術

一維數據的包絡信息表現了數據變化的趨勢，反映了數據中的低頻信息。包絡在大量工程領域得到了廣泛的研究和應用。

已有的較為通用的包絡提取方法有低通濾波法、短時能量法和解析信號法等。

基于經典的幅度調制解調技術，低通濾波法是將數據先進行半波整流或全波整流，再經過低通濾波，得到數據的包絡。這種包絡提取方法最為常用。

短時能量法是提前設定時間窗，讓數據通過時間窗，計算每個時間窗內數據的均方根值，得到數據的包絡。

解析信號法是先通過對數據進行希爾伯特變換，得到解析信號，然后計算解析信號的幅度，得到數據的包絡。

然而以上方法各有利弊：低通濾波法可以通過選擇不同的截止頻率來影響包絡的變化快慢，但依賴于濾波器的設計，不同設計者設計的濾波器在階數和形式上會有不同；短時能量法可以通過選擇不同的窗長度來影響包絡的變化快慢，而與低通濾波法的共同缺點是不能確保準確捕捉數據的主要極值點，在時間上有延遲或超前；解析信號法在數學上有嚴謹的表達形式，但解析信號的幅度并不是在任何情況下都可以看做包絡，物理意義不明確，該方法不能通過設定參數來影響包絡的變化快慢。

上面在分析三種常用方法利弊時，把包絡的變化快慢作為包絡提取評價的重要指標，這種說法雖然在不嚴謹，但有較強的實用性。

本發明將提出一種新的包絡提取方法，該方法通過設定一個尺度參數來控制包絡的變化快慢，能夠準確捕捉數據中的主要極大值點，通過端點處理和三次樣條插值得到包絡曲線。該方法只需要使用者選擇合適的尺度參數，即可得到較為理想的包絡，通過尺度參數限定了包絡的頻率范圍，該包絡可以較好得表現數據變化的趨勢。

發明內容

本發明的目的在于，為克服現有技術在一維數據的包絡提取方法的缺陷提供一種包絡提取方法及系統，用于一維數據的包絡提取，即本發明提供了一維數據的包絡提取方法及系統。

為實現上述目的本發明提供了一種一維數據的包絡提取方法，該方法將包絡的變化快慢作為包絡提取的指標，所述方法包含：

步驟101)用于設置某一長度的尺度參數、包絡幅度閾值、最大循環次數和最少極值點數參數的步驟；

步驟102)獲取一維數據幅度大于包絡幅度閾值的初步極大值點集合，依據最大循環次數或最少極值點數作為循環終止條件并以初步極大值點集合為輸入采用若干次循環逐步優化尋找一維數據包絡的極大值點；其中，每次循環首先采用極大值定義從上次循環結束輸出的極值點集合中進一步選取極大值點，如果進一步選取的極大值點中任意兩個極值點之間的橫坐標距離大于尺度參數時，則保留該兩極值點及橫坐標位于該兩個極值點間的上次循環輸出的若干極值點作為本次循環輸出的極大值點，否則僅保留該兩個極值點作為本次循環輸出的極大值點；所述每次循環均保留初步極大值點集合的兩端的端值作為極大值點；

步驟103)用于獲取優化的端點極值點的步驟，從而完成一維數據的包絡的極大值點的提取；

步驟104)采用三次樣條插值法對提取所有的一維數據的包絡的極大值點進行插值，連成光滑曲線得到一維數據的包絡。

其中，所述尺度參數的單位為一維數據的橫坐標的單位。

上述技術方案中，所述保留的若干極值點的具體數目受限于設置的間隔參數，即保留的相鄰極值點對應的橫坐標的間隔大于設置的間隔參數；

其中，所述間隔參數為尺度參數與某個正整數相除的結果。

優化的，所述方法還包含：用于對一維數據進行加噪處理的步驟。

可選的，所述尺度參數為某一長度的時間參數。

當所述尺度參數為某一長度的時間參數，所述步驟103)進一步包含：分別在兩端極值點對應的時刻兩端各取兩點，并分別延長至待提取的一維數據的時間兩端，若在端點上延長線上的點對應幅度值大于待提取的一維數據的起始端或終止端點對應的幅度值時，則取延長線上的幅度值為一維數據包絡上的優化的端點極值點，否則取待提取一維數據的端點處的幅度值為一維數據包絡上的優化的端點極值點。

基于上述方法本發明還提供一種一維數據的包絡提取系統，該系統將包絡的變化快慢作為包絡提取的指標，所述系統包含：

參數設置模塊，用于設置尺度參數、包絡幅度閾值、最大循環次數和最少極值點數參數；