一种基于动态进化粒子群屏蔽EMD的混合信号分离方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113314137A(43)申请公布日2021.08.27(21)申请号202010122642.4(22)申请日2020.02.27(71)申请人东北大学秦皇岛分校地址066004河北省秦皇岛市经济技术开发区泰山路143号(72)发明人刘福来徐嘉良杜瑞燕张艾怡黄彩梅胡忠意(74)专利代理机构中国商标专利事务所有限公司11234代理人姜司晨(51)Int.Cl.G10L21/0272(2013.01)G10L21/0308(2013.01)G10L21/0208(2013.01)G06N3/00(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图7页(54)发明名称一种基于动态进化粒子群屏蔽EMD的混合信号分离方法(57)摘要本发明属于信号处理技术领域，具体涉及一种基于动态进化粒子群屏蔽EMD的混合信号分离方法，该方法步骤为：S1，利用无线测量仪器对数台设备的声音进行采集，得到t时刻的单通道混合信号s(t)；S2，利用EMD方法对混合信号s(t)进行分解，得到imf信号，利用imf信号初始化屏蔽信号的幅值A和频率f；S3，通过基于动态进化粒子群屏蔽EMD的混合信号分离方法，利用动态进化粒子群对粒子进行优化，进而实现屏蔽信号的幅值A和频率f的优化，再通过优化后的幅值A和频率f构造屏蔽信号，并对混合信号s(t)进行分离；S4，计算信号的四阶累积量，分析信号分离效果。该方法可应用于混合声音信号分离、混合震动信号分离、谐波分解等盲源分离。CN113314137ACN113314137A权利要求书1/2页1.一种基于动态进化粒子群屏蔽EMD的混合信号分离方法，其特征在于：所述方法步骤如下：S1，利用无线测量仪器对数台设备的声音进行采集，得到t时刻的单通道混合信号s(t)；S2，利用EMD方法对混合信号s(t)进行分解，得到imf信号，利用imf信号初始化屏蔽信号的幅值A和频率f；S3，通过基于动态进化粒子群屏蔽EMD的混合信号分离方法，对初始屏蔽信号的幅值A和频率f进行优化，利用优化后的幅值A和频率f构造屏蔽信号，并对混合信号s(t)进行分离；S4，计算信号的四阶累积量，分析信号分离效果。2.根据权利要求1所述的一种基于动态进化粒子群屏蔽EMD的混合信号分离方法，其特征在于：所述步骤S3，利用动态进化机制对每代粒子进行选择，选出优势粒子和劣势粒子，删掉劣势粒子并根据优势粒子的参数范围确定新的可行解空间范围，在此可行解空间范围内生成对应数量的新粒子，将新粒子和优势粒子混合构成下一代粒子群。3.根据权利要求2所述的一种基于动态进化粒子群屏蔽EMD的混合信号分离方法，其特征在于：所述步骤S3对利用动态进化机制对每代粒子进行选择的方法为：S3.1，根据初始屏蔽信号的幅值Ar和频率fr生成粒子群的初始化可行解空间，其中幅值的可行解空间范围为RA，频率的可行解空间范围为Rf，在范围RA和范围Rf中按均匀分布生成N个随机数组Lj(Aj,fj)，这些随机数组即粒子，其中j＝1,2,3LN，j表示粒子序号，N表示粒子总数，Aj表示第j个粒子的幅值，fj表示第j个粒子的频率；S3.2，根据粒子Lj(Aj,fj)的幅值Aj和频率fj构造屏蔽信号ej(t)，ej(t)＝Ajsin(2πfjt)，并将屏蔽信号ej(t)加到混合信号s(t)中，构造新的混合信号yj(t)，yj(t)＝s(t)+ej(t)，由于屏蔽信号有N个，故含屏蔽信号的混合信号yj(t)也有N个；S3.3，利用EMD方法对N个含屏蔽信号的混合信号yj(t)进行分解，得到N组本征模态imfi(t)，利用PCA和fastICA方法依次对N组本征模态imfi(t)进行处理，得到N组分离信号xp(t)，其中p＝1,2,L3M，p表示分离信号序号，M表示分离信号总数，然后计算xp(t)的四阶统计量，四阶累积量表达式是其中m4表示信号的四阶矩，m2表示信号的二阶矩，将作为粒子适应度的计算公式，计算粒子适应度。设定算法终止条件为或迭代次数达到100次，如果满足该终止条件，则输出分离信号；如果不满足，则依次进行步骤S3.4、S3.5、S3.2、S3.3，直到满足终止条件；S3.4，按粒子适应值的大小对N个粒子进行排序，定义排名前70％的粒子为优势粒子，排名后30％的粒子为劣势粒子。通过找到优势粒子中适应值最小的粒子L(Amin,fmin)和最大的粒子L(Amax,fmax)，重新确定可行解空间R'A＝[Amin,Amax]，R'f＝[fmin,fmax]。删掉这代粒子中的劣势粒子，并且按照新的幅值可行解空间R'A和频率可行解空间R'f中按均匀分布生成0.3×N个随机数组L(A,f)，并将新生成的粒子和这代优势粒子混合构成下一代粒子；S3.5