[發(fā)明專利]一種基于直接法求解瞬時頻率的毛刺定位與消除方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711344919.2
• 申請日: 2017-12-15
• 公開（公告）號: CN108134604B
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發(fā)明（設計）人: 張慶;賈林山;何小高
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H03L7/085
• 分類號: H03L7/085;H04L27/36
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 賀建斌

一種基于直接法求解瞬時頻率的毛刺定位與消除方法，先使用局部均值分解方法將信號分解為乘積函數(shù)分量，從而得到乘積函數(shù)的調頻信號，將調頻信號的所有局部極大值點置為1，所有的局部極小值點置為?1；再將調頻信號取反余弦，得到非單調的瞬時相位，對非單調的瞬時相位進行展開，得到單調遞增的瞬時相位；然后對單調遞增的瞬時相位進行前向差分，得到調頻信號的帶有毛刺的瞬時頻率；再確定帶有毛刺的瞬時頻率的毛刺位置；然后將帶有毛刺的瞬時頻率在毛刺位置序列處的數(shù)據(jù)刪除，并使用三次樣條插補出毛刺位置序列處的瞬時頻率值，最終得到無毛刺的瞬時頻率；本發(fā)明具有無參數(shù)，不依賴使用者經驗的優(yōu)點，具有局部處理的特點。

技術領域

本發(fā)明屬于信號處理技術領域，具體涉及一種基于直接法求解瞬時頻率的毛刺定位與消除方法。

背景技術

瞬時頻率是調幅-調頻(AM-FM)信號的重要調制參數(shù)，對于探究非平穩(wěn)、非線性過程的詳細機制具有重要意義。目前，瞬時頻率的求解思路是先將信號分解成為一系列單分量信號，然后對這些單分量信號進行解調。比較常用的包括Hilbert-Huang變換(NordenE.Huang.etc.The empirical mode decomposition and the Hilbert spectrum fornonlinear and non-stationary time series analysis[J].Proceedings of the royalsociety A:Mathematical,Physical and Engineering Sciences.1998:pp903-995.)，經驗AM-FM分解(Norden E.Huang et al,on instantaneous frequency,Advances inAdaptive Data Analysis 1(2),2009:pp177-229.)，局部均值分解(Jonathan S.Smith,The local mean decomposition and its application to EEG perception data,J.R.Soc.Interface 2(5),2005:pp443–454.)三種方式。Hilbert-Huang變換是首先使用經驗模式分解將信號分解為一系列本征模態(tài)函數(shù)，然后使用希爾伯特變換求取本征模態(tài)函數(shù)的瞬時頻率；經驗AM-FM分解和Hilbert-Huang變換一樣首先將信號分解為本征模態(tài)函數(shù)，然后將本征模式函數(shù)分解為調頻部分的包絡函數(shù)和調幅部分的純調頻信號，然后使用直接正交法對調頻部分的純調頻信號求解瞬時頻率；局部均值分解是將信號分解成為一系列的乘積函數(shù)，每一乘積函數(shù)是由調幅部分的包絡函數(shù)和調頻部分的純調頻信號組成，使用直接法求取乘積函數(shù)的純調頻信號的瞬時頻率。

直接法是一種性能比較好的純調頻信號求解方法，相較于Hilbert變換、Teager能量法等其他求解方法，具有無端點效應、求解速度快、不會出現(xiàn)負頻率的優(yōu)點。但是，在對純調頻信號進行反余弦時，由于反余弦函數(shù)是定義在區(qū)間[-1,1]上的單調函數(shù)，而純調頻信號則是非單調函數(shù)，那么對純調頻信號求反余弦后，得到的相位函數(shù)就是非單調的。根據(jù)瞬時頻率的定義，瞬時頻率應當是相位的導數(shù)，且瞬時頻率應當都是正的，于是，將非單調的相位函數(shù)展開為單調遞增的瞬時相位是獲取瞬時頻率的關鍵一步。文獻(任達千,楊世錫,吳昭同,等.信號瞬時頻率直接計算方法與Hilbert變換及Teager能量法比較[J].機械工程學報,2013,49(9):42-48.)推導出了直接法的相位展開方法。直接法存在的一個重要問題是，其得到的瞬時頻率曲線在極值點附近存在較大誤差，形成一系列毛刺狀突變點(以下簡稱毛刺)，給直接法的應用帶來了一定的局限。