[發明專利]一種確定局部均值分解過程中滑動步長的方法

有效

• 申請號: 201510813245.0
• 申請日: 2015-11-20
• 公開（公告）號: CN105447461B
• 公開（公告）日: 2018-09-07
• 發明（設計）人: 王成棟;段永強;秦磊;吳洋;王曉光;賈順虎
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種局部均值分解過程滑動步長的確定方法。本發明首先估算信號所有相鄰極點之間的間隔步長，找到間隔步長的最大值和最小值；然后以最小間隔步長和最大間隔步長之間的奇數步長作為一系列候選步長；再用這一系列候選步長對局部均值線段進行滑動平均，得到一系列平滑均值曲線；再估計平滑曲線的功率譜，將功率譜分為高頻部分和低頻部分；然后以功率譜的低頻能量和高頻能量之比值作為衡量曲線光滑度的指標，比值越大，表示曲線越光滑；最后選取光滑度指標最大的曲線所對應的候選步長作為局部均值分解過程中的最佳滑動步長。通過本發明公開的方法，能自動找到最合適的滑動步長，使局部均值分解的結果更準確，具有良好的應用前景。

技術領域

本發明涉及一種數字信號的分析與處理的方法，特別是非平穩信號的自適應時頻分解。

背景技術

局部均值分解是一種對信號進行自適應分解的方法，分解過程中需要采用滑動平均法對數據進行平滑處理，以得到局部均值函數和包絡估計函數。為了避免出現數據移位現象，滑動步長一般取奇數。進行平滑處理時，局部均值函數和包絡估計函數的形狀會隨滑動步長的變化而變化，滑動步長會影響包絡信號和純調頻信號的產生，最終影響信號分解的質量和效果。另外，滑動步長還會影響平滑次數、算法效率以及算法的收斂性等。有研究表明，如果滑動步長確定得不合理，有可能導致算法不收斂。因而在局部均值分解過程中，滑動步長的確定十分關鍵和重要。

目前確定局部均值分解過程中的滑動步長的方法主要有三種：一種以相鄰極值點間隔最大值的1/3或1/5為滑動步長；另一種以所有相鄰極值點間隔的平均值作為滑動步長；還有一種以相鄰極值點間隔的最小值作為滑動步長。在對比研究中發現，這三種方法確定的滑動步長，都帶有一定程度的經驗性，需要根據實際信號的情況進行選取，有時根據上述三種方法確定的步長并不能使分解效果最好。

發明內容

本發明公開了一種在局部均值分解過程中確定滑動步長的方法。本發明采用的技術方案是：

根據信號相鄰極值點間隔的最大值和最小值，確定一系列候選步長；利用這些候選步長對局部均值線段進行滑動平均，得到一系列平滑均值曲線；估算各條平滑均值曲線的功率譜，以低頻功率譜能量和高頻功率譜能量的比值作為平滑均值曲線的光滑度指標；最后以光滑度指標最大的平滑均值曲線所對應的候選步長作為局部均值分解過程的最佳滑動步長。本方法包括以下步驟：

1)尋找信號所有的局部極值點。

2)求取相鄰極值點之間的所有間隔步長。

3)找到間隔步長的最小值和最大值。

4)以間隔步長最小值和最大值之間的奇數作為候選步長。

5)分別用各個候選步長對原始信號的局部均值線段進行滑動平均，得到一系列平滑均值曲線。

6)估算各條平滑均值曲線的功率譜，以低頻功率譜能量和高頻功率譜能量的比值作為各條平滑均值曲線的光滑度指標。

7)選取光滑度指標最大的平滑均值曲線所對應的滑動步長作為局部均值分解的最佳步長。

與已有的方法相比，本發明的優點是：

1)可以找到最佳的滑動步長，使最終的局部均值分解結果效果最好。

2)確定步長的過程是自動和自適應的，不需要人工干預。

3)計算過程比較簡單，速度比較快。

附圖說明

圖1為方法流程圖。

圖2為實例信號的波形及其極值點圖。

圖3為實例信號的波形及其平滑均值曲線圖，圖中的點劃線為平滑均值曲線。

具體實施方式