Hilbert-Huang变换及其滤波特性研究

Hilbert-Huang变换是最新发展起来的处理非线性非平稳信号的时频分析方法.其基本的实现分为两步,经验模态分解和瞬时频率的求解.这种方法的核心部分是经验模态分解,任何复杂的信号都可以分解为有限数目并且具有一定物理意义的本征模态函数,对这些本征模态函数作Hilbert变换即可得到每一个本征模态函数的瞬时频率.经验模态分解方法是一个以信号极值特征尺度为度量的时空滤波过程,它充分保留了信号的局部特征,在信号的滤波和去噪中具有较大的优势.本文讨论了Hilbert-Huang变换时空滤波的实现过程,仿真验证了该方法的优越性.     

一种经验模态分解筛分准则及其在重力固体潮信号分析中的应用

根据经验模态分解(EMD)方法的正交性特点,提出一种新的IMF筛分准则.对该筛分准则、SD准则和G.Riling准则进行仿真实验并比较筛分效果.结果表明:该筛分准则比其他两种准则更加有效;更加适用于重力固体潮信号的分解.对重力固体潮信号进行经验模态分解的结果表明,分解出来的地球物理信息符合重力固体潮信号各成分的频率特征.     

VMD参数优化及其在轴承故障特征提取中的应用

针对群优化算法对变分模态分解所需模态数和二次惩罚项参数寻优效率较低的问题,提出了快速局部均值经验模态分解的信号预处理方法.对预处理后的模态分量根据相似系数准则进行模态数预估,同时利用多评价指标选择二次惩罚参数.针对VMD对故障信号中存在的固有振动高频带分解效果较差的问题,利用自相关能量函数实现降噪和减小高频带的影响.通过仿真实验和实测轴承故障数据分析,并与群优化算法选择参数以及中心频率相近选取模态数的VMD分解效果相比,该方法能有效提取故障信号的特征频率.      

HHT法识别结构模态频率和阻尼比的改进

在应用EMD方法分解信号时,可能造成固有模态函数中不同的振动模态混合,从而淹没能量较小的振动模态而导致无法识别其模态参数。为了提高结构模态参数识别的精度和比较精确地识别低频模态及能量较小模态的参数,文章对结构响应信号进行带通滤波后再应用EMD方法进行分解,最后得到结构的各阶模态频率和阻尼比;仿真结果表明,该方法可以有效提高结构模态频率和阻尼比的识别精度。     

单通道小样本信号频率估计算法

针对噪声条件下单通道小样本信号的频率估计问题,提出基于MUSIC方法估计信号频率的算法,通过分析单通道接收信号,结合阵列信号处理方法,根据离散采样间隔和线性阵列阵元间距的关系,提出新的观测数据矩阵构造方法.利用采样数据构造一个Toeplitz矩阵,然后对该矩阵进行特征值分解得到信号子空间和噪声子空间,并通过MUSIC算法实现在单通道较小采样数据量的条件下,精确地估计信号频率.最后经过计算机仿真并与快速傅里叶变换(FFT)算法相比,验证了本文算法的有效性和优越性.     

采样频率对局域波分解的影响

在分析了局域波方法特征的基础上,深入探讨了采样频率对局域波分解的影响.对单频正弦信号的分析结果表明,应用局域波分解对信号进行分析时,要对信号进行过采样.研究结果揭示了分解误差和采样频率的关系,验证了提高采样频率可以有效地降低分解误差.     

无线网络拓扑瞬态时变干扰下的信号分解模型仿真

无线网络拓扑结构容易受到瞬态时变干扰。为了保证信号的完整性,采用自适应滤波器对瞬态时变干扰进行滤除,并建立信号分解模型对信号进行分解。不同调频信号在不同信噪比下进行仿真实验表明,针对同一子带,该方法增加幅度低,得到的实验结果优;针对分解结果,该方法的分解次数较集成经验模态分解方法更少,且频率过度更加自然;在该分解方法的Hilbert谱图中,频率分量清晰明确,证明了该模型在无线网络拓扑瞬态时变干扰下可以对信号进行合理准确的分解。     

改进小波包的滚动轴承故障诊断

小波包分解可以提高信号频率分辨率,但子带信号会出现虚假频率成分,造成严重的频率混叠现象。运用小波包的改进算法和经验模态分解相结合,来检测诊断滚动轴承故障的特征。首先,应用快速傅里叶变换和快速傅里叶逆变换对小波包各子带信号进行处理,并调整滤波器组使子带频带顺序排列。提取含故障频率的子带信号对其进行经验模态分解,以互相关、峭度准则提取故障本征模函数分量,可以避免本征模函数分量选择的盲目性。对仿真信号分析和实例分析的结果表明:该方法能够准确地检测出轴承故障,从而突出该方法的有效性。     

基于VMD-AR谱的多轴转子系统故障特征信息提取方法

为了解决现有分解方法在近频部分产生模态混叠的问题,提高时变参数模型对故障信号直接诊断的准确性,研究了多轴转子系统的典型故障信号分析方法.提出了基于变分模态分解(VMD)和AR谱相结合的故障特征信号分析方法;采取瞬时频率均值法选取VMD中的分解模式数k.经VMD分解产生固有模态函数(IMFs),采用AR谱对IMFs分量进行特征提取,分析典型故障模式相对应的特征频带.结果表明:基于VMD-AR谱的故障特征提取方法解决了分解模式数k的选取难题,避免k值的经验选取;VMD能够抑制信号分解近频部分的模态混叠,而AR模型克服了Hilbert分离算法存在的加窗效应,在频带划分上具有较强的分辨率.该方法可有效进行故障特征提取,并为改进的粒子群优化算法的混合核支持向量机算法提供特征信息.     

一种优化的VMD算法及其在语音信号去噪中的应用

针对非连续、 非平稳语音信号中含有噪声的问题, 提出一种基于参数优化的变分模态分解去噪算法. 首先, 利用灰狼优化算法搜寻变分模态分解算法的最优分解参数组合——分解模态数K和惩罚因子α, 通过使用获得的参数组合分解语音信号以获得K个特征模态函数分量IMF; 其次, 利用相关系数选择有效模态分量, 并用小波阈值处理无效模态分量; 最后, 重构小波阈值处理后的模态分量和有效模态分量以对语音信号进行去噪. 实验结果表明, 该算法与其他经典算法相比能有效提升信噪比, 降低均方误差, 提高语音信号的质量.     

基于SVD差分谱和IMF能量谱的改进HHT方法

针对随机噪声和虚假IMF会导致改进HHT中EEMD分解质量下降和Hilbert谱混乱,提出了一种基于SVD差分谱降噪预处理和IMF能量谱剔除虚假分量的改进HHT.该方法首先对原始信号进行SVD降噪,通过基本不等式原理来确定相空间重组的最佳Hankel矩阵结构,利用奇异值差分谱来确定有效奇异值的阶次;然后对消噪的信号进行EEMD分解,通过IMF能量谱来去除虚假分量;最后对主IMF进行Hilbert谱分析.仿真和实验结果表明,SVD能提高信噪比,抑制噪声对EEMD分解精度的干扰;能量谱能有效地消除虚假IMF对Hilbert谱分析的影响;Hilbert谱中各频率成分清晰,解决了随机噪声和虚假分量对传统改进HHT的不良影响.     

基于改进HHT的结构模态参数识别方法

针对HHT方法中经验模态分解(EMD)过程容易出现模态混叠、虚假模态和端点效应的问题,提出了改进的HHT方法.首先利用带通滤波对原始信号进行预处理,得到一组窄带频率信号之和;接着进行EMD过程,得到若干个本征模函数(IMF),根据IMFs和原信号的相关系数来判定其是否是真正的IMFs;然后运用随机减量技术(RDT)和希...     

基于EEMD的柴油机缸套磨损故障诊断

针对柴油机缸套磨损故障诊断问题,在实车上测试了柴油机机体振动信号,应用经验模态分解(EMD)对不同磨损状态下的柴油机机体振动信号进行了分析,然而,EMD存在的模态混叠问题使其难以获得准确的基本模式分量(IMF).为此引入基于总体经验模态分解(EEMD)的改进的局域波分析方法,利用EEMD获取无模式混淆的IMF,通过Hilbert边际谱分析信号能量随瞬时频率的变化特征.工程实测分析结果验证了应用该方法进行柴油机缸套磨损故障诊断的有效性.     

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.     

基于改进的集合经验模态分解的爆破振动信号趋势项消除方法

针对实测爆破振动信号中存在的趋势项干扰问题,基于改进的集合经验模态分解,提出一种趋势项消除方法,并进行了模拟信号的仿真计算和爆破振动信号的实例分析.信号仿真计算结果显示:对于持续振动信号,该方法的趋势项提取结果与已有的基于经验模态分解或集合经验模态分解的趋势项消除方法较为接近;但当测试信号呈间歇振动时,该方法对趋势项的提取更为充分,体现了其对分段爆破振动信号中趋势项消除的优越性和适用性.同时,爆破振动速度信号的实例分析验证了该方法在实际应用过程中的可靠性.      

一种基于改进Hilbert-Huang变换的非平稳信号时频分析法及其应用

对于非平稳信号时频分析,提出了一种基于改进Hilbert-Huang变换(HHT)的分析方法.根据HHT的已有原理,改进了经验模式分解(EMD)过程中的筛选停止准则,提高了分解精度;给出了Hilbert谱分析的完整过程;以线性调频连续波(FMCW)信号模型作为研究对象,结合改进的EMD分解和完整的Hilbert谱分析,通过分析时频分布特征实现高噪声背景下雷达目标信号的检测以及干扰信号的提取.仿真结果表明了改进后的HHT方法对于低信噪比非平稳信号分析的有效性.     

EMD在汽车变速齿轮箱振动故障分析的应用

采用经验模态分解和能量特征值对振动加速度传感器获取的汽车齿轮箱振动信号进行特性分析.利用经验模态分解获得振动信号的本征模态函数,并对本征模态函数进行系数-能量计算,提取系统的特征信息,对汽车齿轮箱的故障进行诊断,从而实现在线监测汽车齿轮变速箱运转工作状态,及时发现齿轮箱的早期故障,提高汽车运行的安全性.仿真研究结果表明经验模态分解方法在故障信息诊断方面是可行的和有效的,并能够提高故障检测的可靠性.     

Hilbert-Huang变换与大地电磁信号的时频分析

将Hilbert-Huang变换引入大地电磁信号的时频分析中,介绍HHT(Hilbert-Huang transform)时频分析原理及方法,给出仿真信号的经验模态分解及其时频分布,并对实测大地电磁信号进行HHT时频处理与剖析.研究结果表明:Hilbert能量谱随时频的具体分布具有很强的非稳态动态变换时频刻画能力;时频谱的时间、频率分辨率不受Heisenberg测不准原理的限制,且其时间、频率分辨率都很高,有很好的时频聚集性;HHT方法能用于描述大地电磁信号的非线性时变特征,是大地电磁信号时频分析的有效工具.     

一种单通道的源数盲估计方法

针对单通道的源数盲估计技术,提出了一种基于经验模态分解和交叉验证技术相结合的源数估计方法,该方法首先通过经验模态分解技术将单通道的观测信号转换为虚拟的多通道观测信号,然后采用基于交叉验证技术来确定混合在单通道中的源信号个数．仿真实验结果表明：该方法能准确地估计出混合在单通道中服从超高斯分布、亚高斯和高斯分布的源信号个数．     

基于HHT的高压直流输电故障测距算法的研究与仿真

本文介绍了用希尔伯特黄变换(HHT)对直流输电线路进行故障测距的方法。首先对测得的故障电流行波信号进行经验模态分解(EMD)得到一系列对应固有模态函数(IMF),对IMF进行希尔伯特(Hilbert)变换得到其时频图。根据时频图中的频率突变点得出故障行波到达两侧测量点的时间,并且根据其对应时刻的瞬时频率和具体线路的参数计算出其波速度。用改进的双端测距理论对直流线路进行测距。并对测得误差总体趋势和误差因子进行详细分析。相关仿真分析用EMTDC环境进行,仿真结果证实了所提方法的有效性。