EMD端点效应处理方法的研究

经验模态分解(EMD)过程中存在着端点效应问题,使得EMD分解结果产生严重的失真现象,从而导致处理数据发生畸变.提出了将极值点对称延拓和在信号序列上加窗函数相结合的方法,带入到EMD分解过程中,以抑制信号被分解时在端点附近所产生的上下包络线的发散现象.结果表明,该方法较好地解决了信号失真问题.     

改进EMD在轴承故障诊断中的应用

为解决传统镜像延拓经验模态分解(mirror Empirical Mode Decomposition,简称mirror-EMD)在对信号分解过程中易受随机噪声干扰,易产生虚假固有模态分量(Intrinsic Mode Function,简称IMF)的缺点,论文提出了一种将自适应小波阈值去噪,镜像延拓EMD分解,相关系数法剔除虚假IMF三者相结合的改进EMD方法 (简称wt-mirror-EMD).该方法首先对原始故障信号去噪,然后对去噪后信号镜像延拓EMD分解,得到若干个IMF分量,最后对各IMF分量计算相关系数,对相关系数大的主IMF作频谱分析。仿真信号和实际轴承信号分析均表明,wt-mirror-EMD,该方法相对于传统改进mirror-EMD方法,尤其是当有噪声干扰时,检测结果更加准确。     

镜像延拓EMD方法的改进及其应用

希尔伯特黄(Hilbert-Huang)变换是一种自调节信号分解方法,通常该方法包括两部分:经验模式分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)和希尔伯特变换。由于希尔伯特黄变换理论并不成熟,尤其是该方法存在的“端点效应”问题,使其在某些场合应用误差较大。为了解决端点效应问题,本文首先从阐述了Hilbert-Huang变换的基本理论、算法、存在的问题及常见的解决方法入手,针对镜像闭合延拓EMD处理端点效应问题时的不足,提出了一种新的镜像延拓EMD方法。最后利用仿真信号验证了该方法的有效性,取得了较好的结果。     

希尔伯特-黄变换端点效应的自适应端点相位正弦延拓方法

针对希尔伯特-黄变换（Hilbert Huang Transform,HHT）的端点效应问题,提出一种自适应端点相位正弦延拓经验模态分解（Empirical Mode Decomposition,EMD）方法.该方法根据端点附近数据变化趋势,通过在信号两端自适应加上相位、幅值和频率适当的正弦延拓函数,使得原端点的包络线顺着端点附近波形延展,以改进EMD分解精度.为满足EMD内禀模态分量（Intrinsic Mode Function,IMF）与原信号的相关性精度和EMD较低迭代次数的要求,引入能表征EMD性能的目标函数.该函数可通过迭代次数、IMF个数和有效IMF的相关系数大小等来衡量.由于该方法的边界延拓参数是根据延拓周期比例系数、延拓信号长度系数和采样频率自动确定的,故其分解过程完全是一个自适应过程,不需要人为设置,具有较好的实用性.仿真和液压系统实例分析表明,该方法不仅能较好地解决HHT的端点效应,而且相对现有的延拓方法而言,筛选次数更少,能显著提高信号EMD分解精度,且减小Hilbert谱的端点效应,更加精确地提取了液压系统齿轮泵振动信号的故障特征,取得了较好的应用效果.     

基于EMD改进算法的欠定混合盲分离

为改善拟合效果,针对经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)算法存在的端点效应,提出一种改进的EMD算法——端点极值延拓方法.利用改进的EMD算法对观测信号进行分解,将分解分量连同之前的观测信号构成新的观测信号,从而将欠定情况转化为超定情况,最后利用独立成分分析(independent component analysis,ICA)算法得到源信号的估计.通过仿真实验对比,证明了本文算法的有效性.     

基于最大相关波形延拓改进的EEMD方法

针对经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)中出现的端点效应和模态混叠现象问题,提出了利用最大相关波形延拓改进聚合经验模态分解(ensemble empirical mode decomposition,EEMD)方法.利用最大相关波形法对原始信号的两端进行延拓,实现延拓数据在原信号边界处的平滑过渡,减小端点处包络线的拟合误差.针对EEMD中参数无法自动获取的问题,采用自适应EEMD对新信号进行分解,提高信号的分解精度.通过仿真分析和转子不平衡故障诊断实例研究表明,改进的EEMD方法不仅能够明显减少虚假模态分量、有效抑制模态混叠现象,而且较好地改善了端点效应引起的分解失真问题.同时与基于极值点对称延拓改进方法及基于镜像延拓改进方法相比,所提方法具有较高的分解精度.     

希尔伯特-黄变换方法边界问题的处理

在研究基于经验模态分解（EMD）算法的基础上,本文提出了一种处理EMD边界问题的新方法——拟正弦边界延拓法,并通过仿真试验,与采用特征波法的分解结果进行比较。对比表明,拟正弦边界延拓法能有效地抑制EMD分解出的固有模态函数两个端点处的摆动,从而提高时频分辨率,应用拟正弦边界延拓法处理EMD的端点效应具有一定的优越性,值得推广应用。     

经验模式分解算法的探讨和改进

对经验模式分解算法中的滤波停止条件和端点延拓问题进行了研究。在改进的EMD算法基础上,通过对本征模函数使用“新的滤波停止条件”,获得了更好的实验分解结果,同时,由于改进的EMD算法假定信号是无限长的,回避了B样条插值中节点延拓的固有问题,研究了有限长度信号的端点延拓问题,给出了端点延拓算法,从而弥补了已有方法的不足,使之更具实用性。实验表明,文中提出的算法是有效的。     

关于经验模态分解与整体经验模态分解的分离效果差别的探讨

经验模态分解(Empirical Mode Decomposition ,简称EMD)是一种自适应信号分解方法,主要应用于非线性非平稳的信号。整体平均经验模态分解(Ensemble Empirical Mode Decomposition ,简称EEMD)解决了EMD中出现的模态混合问题。在此主要讨论EMD和EEMD处理含噪信号时的效果差异,就几种特殊的信号,对EMD和EEMD在实际应用中出现的问题进行探讨。     

经验模态分解端点效应抑制的常用方法比较研究

由美国国家航空航天局(NASA)的Huang等提出的经验模态分解(Empirical mode decomposition,EMD)是一种先进的信号分析方法,能够有效地获得非平稳信号的时频特征,应用范围极其广泛.但是其利用样条曲线构造信号上下包络线的过程中存在严重的端点效应.针对这个问题,人们提出了各种抑制方法,并都取得了一定程度的效果,然而对各种方法的性能特点缺乏系统准确的评价.针对常用的几种方法:匹配延拓法、镜像闭合延拓法、极值点对称延拓法、多项式拟合延拓法等,通过估计各自的Hilbert谱,平均频率曲线的均方误差,以及计算复杂度等比较研究了各种方法的性能.     

一种改善EMD端点效应的可行方法

EMD方法自1998年推出以来已经成功地应用在许多非线性研究领域,但是,在应用EMD方法时有一个非常棘手的问题即端点效应问题。本文基于不必破坏信号本身端部特征的原则,提出了一种对信号端点极值进行合理预测的方法,在信号的端点分别添加两个极值点进行极值延拓。通过仿真实验分析,此方法对于处理较短数据序列,能够有效地抑制端点效应。     

基于EMD技术的弹性波信号降噪技术

弹性波无损检测技术由于其优点,应用范围日益广泛。在成桥检测中,由于激振、接收条件的限制,使得弹性波信号的信噪比大幅降低,如何准确的判定初始信号成为重要的课题。另一方面,经验模态分解(EMD)算法在处理非周期、非平稳信号中以其优越性而得到广泛关注。因此,采用改善迭代停止准则以及引入智能分析极值点等方法,对传统EMD分解方法的弊端进行了改进。通过实际采样验证了改进后的EMD算法对弹性波检测信号的处理能力。     

基于改进EMD方法的轨道不平顺时频分析

经验模态分解法(EMD)的端点效应是影响该方法精度的难点问题,结合端点效应的产生原理和现有研究成果,采用镜像闭合延拓法和灰色神经网络预测法相结合的方法对信号两端的包络进行延拓;通过对仿真信号和实际信号的分析表明,该方法可以有效抑制EMD方法的端点效应.利用改进的EMD方法对提速干线铁路和客运专线铁路实测轨道不平顺信号进行研究,结果表明:京广提速干线铁路样本段轨道不平顺存在着不同程度的短波和中长波不平顺,而武广高速铁路样本段轨道不平顺主要分布于中长波区段.改进EMD方法为保障铁路安全运营提供了一种新的途径.     

拖拉机动力输出轴载荷经验模态分解软阈值降噪研究

针对拖拉机旋耕作业动力输出轴(PTO)载荷降噪中载荷先验特性预判的问题,提出了PTO载荷经验模态分解(EMD)软阈值降噪方法,得到了PTO载荷相同时域内不同频率固有模态函数(IMF)。利用边界局部特征尺度延拓算法对IMF出现的端点效应进行了抑制,与镜像对称延拓算法和多项式拟合延拓算法比较,在运行时间、正交指数及IMF数量3项评价指标中均占优势。利用IMF分量与载荷相关系数,辨识出前3阶IMF分量为噪声主导分量,对前3阶IMF分量分别进行了软阈值降噪,与剩余分量叠加重构了降噪后的PTO载荷。降噪后的PTO载荷主频为4.492 Hz,与试验中旋耕机刀轴旋转频率相符。与EMD低通滤波降噪算法比较,EMD软阈值降噪算法属于自适应数据驱动,不需要设定截止频率。以含噪信号与噪声误差比(d_(nSNR))为降噪性能评价指标,EMD软阈值降噪算法的d_(nSNR)为12.712 5,小于EMD低通滤波降噪算法的d_(nSNR)值13.266 6,对比结果表明EMD软阈值降噪算法对实测拖拉机PTO载荷降噪效果明显。     

分数阶经验模态分解方法在机械故障诊断中应用

将经验模态分解方法(EMD)和分数阶Fourier变换基本理论相结合,提出一种基于分数阶Fourier变换的经验模态分解的机械故障诊断方法.仿真结果表明,提出的方法是有效的,尤其是对于用EMD分解方法无法进行有效分解的信号.如果时频平面旋转一定的角度,将信号从EMD难以分离的区域变换到可以用EMD分解有效识别的区域,然后经过EMD分解和分数阶Fourier反变换,就可以实现分量的提取.诊断实例进一步验证方法的有效性.     

一种基于EMD技术的语音信号去噪算法

分析了基于经验模态分解(EMD)方法的含噪语音信号尺度滤波特性,并根据清音和浊音的不同特点,应用软门限方法对以宽带随机噪声为背景的语音信号IMF分量作门限处理,提出了一种基于EMD的语音信号噪声处理的算法,计算机实验仿真结果表明,该算法具有较好的语音去噪效果和较小的语音失真性能。     

基于语音抑制的飞机识别研究

为研究短波语音通信下的飞机识别,提出利用2种方式对目标声信号进行分析处理.为实现对语音进行抑制,分别利用全局经验模态分解(EEMD)和经验模态分解(EMD)将信号进行重构,然后根据重构后的目标信号进行Bark域频率感知的小波包分解(BWPD)和高阶累积量(HOC)分解,对目标声信号分别提取了听觉感知的特征和展现信号的物理特性的特征;分别利用EEMD和EMD分解对信号进行重构,然后选择Mel 频率倒谱系数和高阶累积量对重构后的信号进行特征提取.对比实验表明:EEMD-BWPD-HOC方法能够抽取出有效的飞机舱内背景声音信号特征,实现语音抑制,并且以较高的识别率识别出4种飞机.     

基于改进经验模态分解的三维重建

针对传统经验模态分解(Empirical mode decomposition,EMD)在边缘易出现分解错误的问题,本文提出一种改进的经验模态分解方法.分别对条纹进行镜像延拓和Gerchberg外插迭代来实现边沿的拓展,有效抑制条纹边沿引起的模态分解错误,提高分解准确度.将改进的EMD分解方式应用于变形结构光条纹图的分析,能有效消除条纹中的背景分布,得到更好的三维面形重建效果.     

心电信号基线漂移去除方法研究

心电信号(ECG)是临床诊断各种疾病的重要依据,但由于基线漂移等噪声的存在影响了其诊断的准确性.根据基线信号的特点和固有模态函数(IMF)的性质,提出一种基于经验模态分解(EMD)结合形态滤波的自适应滤波方法.该方法先对信号进行经验模态分解,然后对所选择的IMF分量进行形态滤波处理,将滤波后的结果作为自适应滤波器的参考输入信号,最后得到的输出误差信号即为去除基线漂移后的心电信号.通过与普通的EMD方法、基于EMD的自适应滤波方法对比,并采用MIT-BIH数据库中的心电数据进行了检验,实验结果表明该方法对于去除心电基线有较好的效果.     

一种新的时频分析方法——局部特征尺度分解

在定义瞬时频率具有物理意义的内禀尺度分量(Intrinsic scale component,ISC)的基础上,提出了一种新的自适应时频分析方法——局部特征尺度分解(Local charac-teristic-scale decomposition,LCD),该方法可以自适应地将一个复杂信号分解为若干个ISC分量之和.分别采用LCD方法和经验模态分解(Empirical mode decomposition,EMD)方法对仿真信号进行了分析,分析结果表明:2种方法都可以有效地对信号进行分解,但LCD方法在计算效率和抑制端点效应等方面要优于EMD方法.此外,还将LCD方法应用于滚动轴承故障诊断,实验信号的分析结果进一步表明了该方法的有效性.