[發明專利]具有噪聲抑制性能的自適應瞬時頻率測量方法

有效

• 申請號: 201210095197.2
• 申請日: 2012-03-31
• 公開（公告）號: CN102608419A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: 包飛;陳潛
• 申請（專利權）人: 上海無線電設備研究所
• 主分類號: G01R23/02
• 分類號: G01R23/02
• 代理公司: 上海信好專利代理事務所(普通合伙) 31249
• 代理人: 張妍

技術領域

本發明所涉及的是無線電測頻技術領域，具體涉及一種具有噪聲抑制能力、非線性和非平穩信號分析能力以及自適應處理能力的瞬時頻率測量方法。

背景技術

瞬時頻率測量技術在通信和雷達領域具有廣泛的應用，在軍事領域更具有尤為重要的價值。經典的頻率分析手段——傅里葉變化是一類全局分析手段，無法獲得信號的局部頻率信息。為了獲得對信號瞬時頻率的信息，包括短時傅里葉變換、魏格納-威利分布以及小波變換等時頻分析工具被相繼提出。但是基于傅里葉理論的分析方法無法突破Hesisenberg不確定原理的限制，無法精確地描述頻率隨時間的變化。基于經驗模式分解的希爾伯特-黃變化的提出，突破了傳統時頻分析的瓶頸，為瞬時頻率的測量提供了一種準確且有效的手段。但是該方法的核心技術經驗模式分解存在一定缺陷，其對于頻率較為接近（頻率比值小于2）的子成分分辨率較差，而且當受到噪聲成分干擾時該分解方法會發生模式混迭現象導致錯誤結果。為了提高希爾伯特-黃變化的頻率測量精度，利用下變頻預處理和自適應濾波器組作為預操作的改進方法被提出，但是這類改進方法犧牲了原方法的自適應特性，同時對存在噪聲干擾的情況不具備高穩健性的處理能力。因此，具有噪聲抑制能力且保留自適應分解能力的改進方法急待提出。

發明內容

針對上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種具有噪聲抑制能力和自適應信號處理能力的瞬時頻率測量方法，該方法不僅保留了原瞬時頻率測量技術的自適應處理特性，而且增加了其噪聲抑制能力和抗模式混迭能力，使該方法可以更為廣泛有效的應用到被噪聲污染的非線性和非平穩信號的瞬時頻率測量領域。

為了達到上述目的，本發明的技術方案是提供一種具有噪聲抑制性能的自適應瞬時頻率測量方法，其包含以下步驟：

步驟一：對需要進行測量的信號采用修正經驗模式分解進行處理，得到多個信號成分；

步驟二：利用Teager能量算子對各個信號成分的瞬時頻率和瞬時幅值進行計算；

步驟三：構建原信號的時間-頻率-能量譜，獲取原信號的瞬時頻率信息。

步驟一中進一步包含以下步驟：

步驟1.1、找到輸入的原信號????????????????????????????????????????????????的局域極值點；

步驟1.2、計算原信號的局域均值；

步驟1.3、從原信號中減去局域均值，得到信號：即，；

步驟1.4、判斷信號是否符合IMF條件；若不符合，則重復步驟1.1到步驟1.4的操作，直到符合IMF條件后，進行步驟1.5；

步驟1.5、從原信號中減去，得到殘余量；

步驟1.6、判斷殘余量r(t)是否為趨勢項；

如果殘余量不是趨勢項，則將殘余量視作一個新的輸入信號s(t)，并重復步驟1.1到步驟1.6的操作；

最終，原信號被分解為各階IMF_i與殘余量的和，IMF_i=h(t)，i=1,2,…，N：

??????????????????（4）。

具體的，在步驟1.2中采用以下公式所示的加窗平均方法，來計算原信號的局域均值：

????????????????????（1）

其中為窗函數，設為

???（2）

T為窗函數的寬度，由局域極值的間距確定，設值點分別出現在時刻，取。

在步驟1.4中，直到計算所得的信號符合以下的IMF條件，才停止步驟1.1到步驟1.4的重復操作：即，IMF條件為

整個數據段里，包括極大值和極小值的極值點的數量，與過零點的數量最多相差1；且局域均值接近0。

在步驟1.6中，設信號的上、下包絡曲線分別為e_max和e_min，并且，通過e_max和e_min來獲得參考曲線：

??????????????????????（3）

如果殘余量r(t)符合以下條件：

取，的時刻的個數與整個信號時間長度之比不小于；

且，，；

則認為殘余量為趨勢項，結束步驟一的分解操作。

在步驟二中具體包含計算各階IMF_i的瞬時頻率的以下方法：

設定某一階IMF的時域信號為：；

通過Teager能量算子計算瞬時頻率時，定義為

??????（5）