基于广义线性调频双同步提取变换的非平稳信号处理方法.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CN109034042A(43)申请公布日2018.12.18(21)申请号201810800356.1(22)申请日2018.07.20(71)申请人东北大学地址110819辽宁省沈阳市和平区文化路三巷11号(72)发明人马辉李鸿飞俞昆曾劲罗志涛(74)专利代理机构大连理工大学专利中心21200代理人陈玲玉梅洪玉(51)Int.Cl.G06K9/00(2006.01)G06F17/14(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图8页(54)发明名称基于广义线性调频双同步提取变换的非平稳信号处理方法(57)摘要本发明属于信号处理技术领域，公开了基于广义线性调频双同步提取变换的非平稳信号处理方法。通过将双算子结构的线性调频小波与同步提取变换相结合，显著减小利用不同线性调频系数处理非线性调频信号时造成的时频能量扩散现象；借助同步提取变换确定瞬时频率分布的思想，巧妙地利用不同线性调频系数对应的瞬时频率分布矩阵，确定真实瞬时频率位置，仅保留真实瞬时频率位置处的时频能量分布，显著提高时频能量聚集性。该方法得到的时频能量分布结果相对于现有技术与理想状态下的时频能量分布最为接近，既能准确反映出瞬时频率随时间变化趋势，又能准确反映出各时间点处瞬时频率的幅值大小。该方法适用于故障诊断领域中的旋转机械振动信号分析等。CN109034042ACN109034042A权利要求书1/2页1.基于广义线性调频双同步提取变换的非平稳信号处理方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，获取广义线调频变换后的时频能量分布结果对非线性调频信号s(t)进行线性调频小波变换，其表达式为：式中：A(t)＝exp[-j(t2c/2-ωt)]为模为1的复数，对时频能量分布没有影响；在时频空间中，线性调频小波中参数c的引入使得非线性调频信号的时频能量均沿某一特定方向旋转；假设信号采样时间为Ts，采样频率为Fs，依据参数c确定的时频空间系数旋转角度α为：将线性调频小波变换表示成与旋转角度α有关的形式，可得：在旋转角度范围α∈(-π/2,π/2)内取N个候选旋转角度值为：αi＝-π/2+π/(N+1),-π/2+2·π/(N+1),…,-π/2+N·π/(N+1).i＝1,2,…,N(5)将N个候选旋转角度分别代入式(4)，得到N组非线性调频信号的时频能量分布结果CTs(t,ω,αi),i＝1,2,…,N；若在某一时频点(t,ω)处，第i个旋转角度对应的时频能量幅值最大：那么则近似认为该点处的瞬时频率旋转角度为αi，由此得到最终的时频能量分布为：GCTs(t,ω,)＝CTs(t,ω,α(t,ω))(7)步骤2，广义线性调频同步提取变换后的时频能量分布结果将不同旋转角度下的线性调频小波变换写成改进后的短时傅里叶变换形式：对不同旋转角度下，利用线性调频小波获得的时频能量分布进行同步提取操作；根据同步提取变换中二维瞬时频率估计公式，得到不同旋转角度下的二维瞬时频率分布为：根据同步提取算子，确定不同旋转角度下瞬时频率脊线位置为：最终得到不同旋转角度下，线性调频同步提取变换后的时频能量分布为：2CN109034042A权利要求书2/2页CSEs(t,ω,αi)＝CTs·δ(ω-f(t,ω,αi))(11)采用与广义线性调频变换相同的处理方式，在旋转角度范围α∈(-π/2,π/2)内取N个候选旋转角度值，依据时频能量最大原则确定不同时频点处对应的旋转角度，得到的时频能量分布为：GCSEs(t,ω)＝CSEs(t,ω,α(t,ω))(12)式中某一时频点处瞬时频率脊线对应的旋转角度α(t,ω)确定方法与广义线性调频变换中的确定方法相同：步骤3，广义线性调频双同步提取变换后的时频能量分布结果当利用两个相反方向旋转角度(α＝αj,-αj)线性调频同步提取变换得到的瞬时频率系数分布在某时频点处均为1时，认为该时频点为候选真实瞬时频率系数分布点，将该候选真实瞬时频率系数分布点标记为1，其表达式为：式中：j＝1,2,…,K；当候选旋转角度个数N为奇数时，K＝(N-1)/2；当候选旋转角度个数N为偶数时，K＝N/2；当某一时频点被标记为候选真实瞬时频率分布点的累积次数满足下式关系时，则认为该点为真实瞬时频率系数分布位置；式中：ρ为可调节的阈值参数，其建议取值范围为[0.4,0.8]；当处理强调频信号时，选择较小的阈值ρ；当处理弱调频信号时，选择较大的阈值ρ；将利用上式确定的真实瞬时频率系数分布与广义线性调频同步提取变换确定的时频能量分布结果相结合，得到广义线性调频双同步提取变换处理后的时频能量分布结果为：GCDSEs(t,ω)＝GCSEs(t,ω)·SEO(t,ω)(16)当瞬时频率脊线已知时，非线性调频信号可通过下式恢复得到：式中