[發(fā)明專利]基于相關(guān)分析的EMD過程中有效IMF的判定方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201610279173.0 | 申請日： | 2016-04-29 |
| 公開（公告）號： | CN105928701B | 公開（公告）日： | 2017-07-18 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 郝如江;王勝江;李代勇;沈英明;牛志雷;楊紅娜;李輝 | 申請（專利權(quán)）人： | 石家莊鐵道大學(xué);西安創(chuàng)富電子科技有限公司 |
| 主分類號： | G01M13/02 | 分類號： | G01M13/02 |
| 代理公司： | 石家莊國為知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)所13120 | 代理人： | 王占華 |
| 地址： | 050043 河*** | 國省代碼： | 河北;13 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 基于 相關(guān) 分析 emd 過程 有效 imf 判定 方法 | ||
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及專門適用于特定應(yīng)用的數(shù)字計算或數(shù)據(jù)處理的設(shè)備或方法技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于相關(guān)分析的EMD過程中有效IMF的判定方法。
背景技術(shù)
經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)方法由Huang在1998年提出，至今已在多個領(lǐng)域得到了十分廣泛的應(yīng)用。信號經(jīng)過EMD的“篩分”過程，將信號進(jìn)行分解得到若干個不同頻率的本征模態(tài)分量(IMF)，頻率從高到低排列，其頻率成分和帶寬隨信號的不同而不同，體現(xiàn)了該方法的自適應(yīng)性，因此EMD方法可以作為一個自適應(yīng)濾波器。由于EMD方法的這一特點(diǎn)，我們可以根據(jù)所要研究信號的特點(diǎn)和要求，選擇性地將適當(dāng)?shù)腎MF相加，進(jìn)行信號重構(gòu)，把我們感興趣的某一頻率范圍內(nèi)的信號特征凸顯出來，從而達(dá)到濾波器濾波的效果。信號經(jīng)EMD分解后得到有限個頻率從高到低的IMF分量，其中分解得到的前幾個階數(shù)較小的IMF對應(yīng)于信號的高頻成分，通常認(rèn)為它們主要包含了原信號中的噪聲成分；分解得到的后幾個階數(shù)較大的IMF對應(yīng)于信號的低頻成分，通常認(rèn)為它們包含的噪聲成分很少。
EMD去噪方法的主要思想是把原信號經(jīng)過層層分解成為不同特征時間尺度的IMF分量，有選擇性地將某些IMF分量重新組合起來，得到一個新的信號，就可以組成低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器或帶阻濾波器，從而達(dá)到去噪的目的。大多數(shù)基于EMD的去噪方法都是將IMF分量中階次較低的高頻分量作為噪聲直接去除，但是具體應(yīng)該去除幾個、去除哪幾個分量目前還沒有特定的準(zhǔn)則，很多情況下都要依靠人的經(jīng)驗，不能排除人的主觀因素對其造成的影響。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于相關(guān)分析的EMD過程中有效IMF的判定方法，所述方法有效的解決了EMD過程產(chǎn)生的IMF分量中的噪聲分量和偽分量的判定問題，進(jìn)而得到有效分量，提高EMD的分析效果。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：一種基于相關(guān)分析的EMD過程中有效IMF的判定方法，其特征在于所述方法包括如下步驟：
采集故障振動信號，將該振動信號作為原始信號；
將原始信號使用EMD方法進(jìn)行分解得到若干個IMF分量；
計算每一個IMF分量與原始信號的相關(guān)系數(shù)，畫出相關(guān)系數(shù)分布圖；
根據(jù)相關(guān)系數(shù)分布圖并利用噪聲判斷準(zhǔn)則確定噪聲IMF分量；
根據(jù)相關(guān)系數(shù)分布圖并利用偽分量判斷準(zhǔn)則確定偽IMF分量；
將判定為噪聲的IMF分量和偽IMF分量去除，得到有效的IMF分量。
進(jìn)一步的技術(shù)方案在于：采用壓電加速度傳感器采集故障振動信號。
進(jìn)一步的技術(shù)方案在于：假設(shè)原始信號經(jīng)EMD方法分解得到N個頻率從高到低排列的IMF分量，噪聲成分主要集中在信號的高頻段，即EMD方法分解得到的階數(shù)較小的IMF當(dāng)中，因此存在一個數(shù)字k，使得IMF1～I(xiàn)MFk是以噪聲為主導(dǎo)模態(tài)的IMF分量；偽分量主要集中在階數(shù)較大的IMF分量中，因此存在一個數(shù)字h，使得從第h個IMF往后的所有分量IMFh～I(xiàn)MFN都是偽IMF分量；剩下的IMFk+1～I(xiàn)MFh-1是以有用信號為主導(dǎo)模態(tài)的分量。
進(jìn)一步的技術(shù)方案在于：所述的計算每一個IMF分量與原始信號的相關(guān)系數(shù)的方法包括如下步驟：
相關(guān)系數(shù)ρxy的計算公式為：
式中x(n)表示EMD分解前的原始信號，y(n)表示IMF分量。
進(jìn)一步的技術(shù)方案在于：所述的根據(jù)相關(guān)系數(shù)分布圖并利用噪聲判斷準(zhǔn)則確定噪聲IMF分量的方法包括如下步驟：
計算各個IMF分量與原信號的相關(guān)系數(shù)，畫出相關(guān)系數(shù)分布圖，在所述相關(guān)系數(shù)分布圖中找到第一個相關(guān)系數(shù)發(fā)生突變的點(diǎn)K，該點(diǎn)對應(yīng)的IMF分量為IMFk，將IMF1～I(xiàn)MFk分量視為噪聲IMF分量。
進(jìn)一步的技術(shù)方案在于：將各個IMF分量與原信號的相關(guān)系數(shù)點(diǎn)依次連接構(gòu)成相關(guān)系數(shù)曲線，曲線方向發(fā)生反轉(zhuǎn)的相關(guān)系數(shù)對應(yīng)的點(diǎn)為相關(guān)系數(shù)發(fā)生突變的點(diǎn)。
進(jìn)一步的技術(shù)方案在于：所述的根據(jù)相關(guān)系數(shù)分布圖并利用偽分量判斷準(zhǔn)則確定偽IMF分量的方法包括如下步驟：
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