[發(fā)明專利]一種模型驅(qū)動的多項式相位信號自適應(yīng)時頻變換方法

有效

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• 申請日: 2017-09-30
• 公開（公告）號: CN107783939B
• 公開（公告）日: 2020-09-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 尹燦斌;勞國超;葉偉;冉達
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍戰(zhàn)略支援部隊航天工程大學(xué)
• 主分類號: G06F17/14
• 分類號: G06F17/14
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專利中心 11120
• 代理人: 李微微;仇蕾安

本發(fā)明提供一種模型驅(qū)動的多項式相位信號自適應(yīng)時頻變換方法，能夠完成多項式相位信號的時頻分解，其中分解得到的每一個信號分量都為任一時刻都只對應(yīng)一個頻點的單分量，然后利用各信號分量、各時刻的瞬時頻率取值，通過僅保留主瓣響應(yīng)的Sinc函數(shù)直接計算生成相應(yīng)時刻對應(yīng)的信號頻率分布，克服了傳統(tǒng)的時頻變換中一個時刻對應(yīng)多個頻點的非單分量存在交叉項的缺陷，最終輸出無任何交叉項干擾且時頻聯(lián)合分辨率較優(yōu)的時頻分布；本發(fā)明原理簡單，操作方便，可有效克服經(jīng)典時頻分析方法交叉項干擾的不利影響以及時頻聯(lián)合分辨率的損失，能夠有效提升非平穩(wěn)多項式相位信號時頻分析的質(zhì)量和效益。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于信號處理領(lǐng)域，尤其涉及一種模型驅(qū)動的多項式相位信號自適應(yīng)時頻變換方法。

背景技術(shù)

許多天然和人工的信號，譬如語音、生物醫(yī)學(xué)信號、在色散媒質(zhì)中傳播的波、機械振動、動物叫聲，音樂、雷達、聲納信號等，都是典型的非平穩(wěn)信號，其特點是持續(xù)時間有限，并且頻率是時變的,具有非平穩(wěn)、非線性、非均勻、非結(jié)構(gòu)、非確定、非可積、非可逆、非晶態(tài)、非規(guī)則、非連續(xù)、非光滑、非周期、非對稱等特點。時頻聯(lián)合分析(joint time-frequencyanalysis，簡稱時頻分析)正是著眼于真實信號組成成分的時變特征，將一個一維的時間信號以二維的時間-頻率密度函數(shù)形式表示出來，旨在揭示信號中包含了多少頻率分量，以及每一分量是怎樣隨時間變化的。

1948年，法國學(xué)者J.Ville將匈牙利布達佩斯出生的美籍物理學(xué)家E.P.Wigner在1932年提出的Wigner分布引入信號處理領(lǐng)域，得到了稱為“Wigner-Ville分布”(Wigner-Ville distribution，WVD)。后續(xù)學(xué)者起而效仿，提出了一些新型的時頻分布。整個時頻分析的歷史，幾乎就是一部與WVD的不足作斗爭的歷史。按照各派的本質(zhì)特征，可將形形色色的時頻分布歸入如下幾類：(1)線性時頻表示；(2)Cohen類雙線性時頻分布；(3)仿射類雙線性時頻分布；(4)重排類雙線性時頻分布；(5)自適應(yīng)核函數(shù)類時頻分布；(6)參數(shù)化時頻分布。

其中，線性時頻變換Gabor變換、STFT的時頻分辨率受制于窗函數(shù)的形狀和寬度。小波分析本質(zhì)上是一種時間-尺度分析，更適于分析具有自相似結(jié)構(gòu)的信號(如分形)和突變(瞬態(tài))信號，而從刻畫信號的時變結(jié)構(gòu)角度看，小波變換的結(jié)果往往難于解釋。

Cohen類雙線性時頻分布的實質(zhì)，是將信號的能量(信號的某種平方形式)分布于時頻平面內(nèi)，其基礎(chǔ)則為WVD。但WVD不是線性的，即兩信號之和的WVD并非每一個信號的WVD之和，其中多出一個附加項。交叉項對WVD影響之烈，可見一斑。交叉項是實的，混跡于自項成分之間，且幅度較大；另外，交叉項是振蕩型的，每兩個信號分量就會產(chǎn)生一個交叉項。若信號有N個分量，則會產(chǎn)生個交叉項。交叉項的存在嚴重地干擾著人們對WVD的解釋；當(dāng)信號的組成成分變得復(fù)雜時，WVD給出的時頻分布甚至變得毫無意義。

為了解決交叉項干擾的影響，人們相繼提出了若干種不同的時頻分析方法，其中Cohen類核函數(shù)時頻分析方法通過設(shè)計二維核函數(shù)(二維濾波器)，產(chǎn)生具有所需特性的時頻分布。但是，該類時頻分布用平滑的方法抑制交叉項，是以犧牲整個分布的時頻分辨率為代價的。

前面介紹的各種分布(小波變換除外)對信號的時間和頻率局部特性的刻畫，是通過時移及頻移變換實現(xiàn)的；與此對照的是，仿射類的分布則是通過時移和伸縮變換實現(xiàn)的。

仿射類中最著名的分布當(dāng)推尺度圖(Scale gram)，即小波變換的平方。由于這一類分布的基礎(chǔ)仍是WVD，因此，WVD自然地成為其成員之一。事實上，WVD正是連接Cohen類和仿射類的紐帶。前者基于對WVD進行的時頻平滑(time-frequency smoothing)，而后者則基于仿射平滑(affine smoothing)。