[發明專利]一種高精度同步提取廣義S變換時頻分析方法

在審

• 申請號: 201810494025.X
• 申請日: 2018-05-22
• 公開（公告）號: CN108694392A
• 公開（公告）日: 2018-10-23
• 發明（設計）人: 胡英;陳輝;康佳星;陳旭平;周心悅;錢紅艷;郭科
• 申請（專利權）人: 成都理工大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06F17/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種高精度同步提取廣義S變換時頻分析方法，首先對信號進行廣義S變換，得到廣義S變換值，進而得到廣義S變換的時頻譜；在廣義S變換值的基礎上，求取瞬時頻率，緊接著根據瞬時頻率得到同步提取算子SEO，然后利用同步提取算子SEO對廣義S變換的時頻譜進行提取，僅保留時頻平面中時頻脊線附近的能量，其余發散能量統統被剔除，得到同步提取廣義S變換值；最后將其轉換為同步提取廣義S變換的時頻譜。本發明能根據實際需要靈活地調節窗函數大小，具有更高的時頻分解精度，具有較強的靈活性，極大地提高了信號的時間和頻率分辨率。

技術領域

本發明涉及一種信號處理方法，尤其涉及一種高精度同步提取廣義S變換時頻分析方法。

背景技術

時頻分析作為非平穩信號處理領域的一個重要分支，一直是現代信號處理的研究熱點之一。常用的時頻分析方法有短時傅里葉變換(STFT)、小波變換(CWT)、S變換(ST)及廣義S變換(GST)等。其中，短時傅里葉變換的窗函數的“大小”和“形狀”是保持不變的，所以在實際應用中，窗函數一旦選定，就很難保證所得結果在時域、頻域同時有足夠高的分辨率；小波變換通過信號的時間-尺度進行分析，可達到多分辨率的特點，但其本質上還是一種基于平穩信號、窗口可調的傅里葉變換，并且小波函數的選取直接決定了小波變換分析的效果，從而限制了對信號的精細分析。S變換既克服了短時傅里葉變換不能調節時窗長度的缺點，又解決了小波變換的相位局部化問題，但由于S變換采用的時窗函數形狀固定，不能根據頻率的變化而改變其形狀，這在一定程度上限制了S變換的應用。為此，廣義S變換在小波變換和S變換的基礎上進行了改進，它通過參數調節得到更加靈活多變的窗函數，在應用中具有更高的實用型和靈活性，但因受Heisenberg-Gabor不定問題影響，其時頻譜分辨率仍不能達到最優。

同步提取變換(SET)是在傳統時頻分析基礎上，新提出的一種高分辨率時頻分析方法。該方法在短時傅里葉變換基礎上，建立一種同步提取算子，用于提取原始時頻譜上時頻脊線位置處的時頻系數，從而得到一個新的時頻譜，避免了Heisenberg-Gabor不定問題，大大提高了時頻分析精度。由于同步提取變換的特點，對于地震信號的處理具有獨特優勢，預示了SET在地震信號處理領域中的應用前景。

同步提取變換本質上為時頻分析后處理技術，這與同步擠壓變換(SST)類算法的思想類似。由于同步提取變換是基于短時傅里葉變換的后續處理方法，對強調頻信號無法準確的識別其頻率成分，因此原始線性時頻方法的時頻分辨率對同步提取變換方法的時頻分辨率至關重要。

發明內容

本發明的目的就在于提供一種解決上述問題，能根據實際需要靈活地調節窗函數大小，提高信號處理分辨率的一種高精度同步提取廣義S變換時頻分析方法。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是這樣的：一種高精度同步提取廣義S變換時頻分析方法，包括以下步驟：

(1)獲取信號x(t)；

(2)根據下式對信號x(t)進行廣義S變換，得到廣義S變換值GST(f,τ)，

其中，f為頻率，t為時間，τ為時間軸位移參數，i為虛數單位，λ和p為窗函數調節因子；

(3)對GST(f,τ)求模，得到每個時頻點的能量，并得到廣義S變換的時頻譜S_GST＝|GST(f,τ)|；

(4)根據GST(f,τ)，得到信號x(t)的瞬時頻率f_x(f,τ)，并根據f_x(f,τ)計算同步提取算子SEO，

SEO＝δ(f-f_x(f,τ))