含噪多频信号频率估计算法

为抑制多频信号中非待估计频率分量频谱泄漏对频率估计的影响,提出一种新的频率估计算法。利用快速傅里叶变换(FFT)算法对采样信号进行预处理,得到每个频率分量的频谱索引,从而得到各频率分量粗略的幅值和初相位估计值;采用频率搬移策略滤除多频信号中的非待估计频率分量,得到降频信号;对降频信号进行频谱分析,并经迭代计算得到各频率分量信号精确的频率、幅值和初相位估计值。在无噪声、不同信噪比等条件下进行了仿真实验,结果表明,所提算法具有良好的频率估计性能,有效抑制了多频信号中频谱泄漏的影响,提高了频率估计精度,优于现有优秀算法。     

基于Hilbert-Huang变换的心率变异信号分析

提出一种基于Hilbert-Huang变换(HHT)的心率变异信号分析的新方法。心率变异分析被广泛应用于评估心脏自律功能以及疾病诊断领域。为获得更多心率信号内在特征,首先利用经验模态分解(Empirical Mode Decomposi-tion,EMD)方法将信号分解为一组固有模态函数(Intrinsic Mode Function,IMF),运用Hilbert变换计算并分析各层IMF的瞬时频率和瞬时幅值,从而获取信号所包含的内在信息、心率变异突发时刻和变化趋势。结合积分脉冲频率调制(Inte-gral Pulse Frequency Modulation,IPFM)模型模拟出的心率信号以及真实的心率信号,利用小波分析方法以及HHT方法对心率信号进行对比分析,实验结果证明了HHT方法的可行性,显示了该方法相对于小波分析方法的优势。     

调频初相位补偿的广义Warblet变换时频分析

信号时频分析的长时间窗时频分析法通常可提高输出信噪比和频率分辨率,但对于调频信号,会降低线谱时频能量聚集度并影响瞬时频率估计。对于调频信号广义Warblet变换(Generalized Warblet Transform,GWT),具有较短时傅里叶变换(Short Time Fourier Transform,STFT)更优的时频分析性能,但在长时间窗分析时,调频初相位估计误差会使算法性能下降甚至失效。针对该问题,提出调频初相位补偿的GWT(Frequency Modulation Initial Phase CompensationGWT,FMIPC-GWT)时频分析方法。在调频参数估计时将一半时间窗长所经过的相位补偿到调频初相位中,提高调频参数估计的准确性以增加瞬时频率估计精度。仿真和实验数据验证了,相比STFT法和GWT法,FMIPC-GWT法对于非线性调频信号时频分析性能更优。FMIPC-GWT法在调频信号线谱检测与瞬时频率估计等方面具有应用前景。     

一种EEMD-HHT与时频重排结合的转速曲线估计新方法

HHT(Hilbert-Huang Transform)和传统时频分析存在模态混叠、时频聚焦性差等问题,在估计转速曲线时误差较大。因此,提出将EEMD-HHT与时频重排算法结合的转速曲线估计新方法。采用EEMD(Ensemble Empirical Mode Decompositon)方法获取IMFs;找出参考轴所对应的IMF,并做Hilbert变换;用时频重排算法处理该IMF两端各一定长度的数据,对得到的重排矩阵进行限制条件的瘠线搜索,并将获得的瞬时频率值代替对应时间点内Hilbert变换得到的瞬时频率值;对"拼接"得到的整个时间段的瞬时频率值进行最小二乘拟合,得到光滑的转速曲线。将该方法应用于转子不平衡故障的阶比分析中,对实际测量信号进行了分析,并与HHT估计结果作比较,验证了其优越性和有效性。     

一种改进的Hilbert能量谱算法研究

分析了HHT中Hilbert能量谱的原理；研究了瞬时频率谱中端点效应产生的原因，将ARMA模型应用于Hilbert能量谱计算中，以旋转机械振动信号为对象，运用所提的方法对HHT中典型的本征模式函数进行仿真实验；通过与传统方法比较，证明它可以有效地改进端点效应，优化Hilbert能量谱。     

基于预失真的异步物理层网络编码相位纠正算法

研究了异步物理层网络编码(PLNC)系统中的载波相位偏移问题,提出一种基于预编码的相位纠正算法。该算法首先在用户符号中引入预先设定的相位失真矢量,然后在中继侧利用该参数对接收的PLNC信号进行相位均衡,同时修改迭代译码过程中的置信传播(BP)公式,以达到缩小相位偏移的目的。建立了相位均衡收益模型,利用该模型证明了上述算法相位纠正性能的上界,并且对相位失真矢量以及算法的健壮性进行了优化。对该算法进行了验证试验,试验结果表明,该算法能有效减小相位偏移对BP译码过程的影响,改善系统的误比特性能。进行的建模与优化,为星座图不规则下的BP译码提供了一种简单有效的性能分析方法。     

一种新的估计多项式相位信号瞬时频率的参数化时频分析方法

通过多项式非线性核函数取代线性调频小波变换中的线性核函数,提出一种新的参数化时频分析方法：非线性调频小波变换。对瞬时频率是时间任意连续函数的信号而言,选择合适的多项式核特征参数,非线性调频小波变换的时频分布有良好的时频聚集性。应用非线性调频小波变换分析任意阶次多项式相位信号。由于非线性调频小波变换的性能取决于多项式核特征参数,本文还给出非线性调频小波变换的核特征参数估计算法,进一步可实现多项式相位信号的瞬时频率和参量估计。仿真信号验证算法的有效性。     

基于频域相位信息的声表面波谐振器回波频率估计

提出一种基于频域相位信息的频率估计算法,利用正弦信号傅里叶变换相位谱中相位与频率的关系实现对声表面波谐振器回波频率的估计,并采用自相关运算消除回波信号初相位对估计结果的影响。通过无线测试系统和仿真回波信号对该算法进行了验证,表明算法的频率估计精度不受激励信号频率变化的影响,并且在整个声表面波谐振器的谐振频率变化范围内都具有较高的精度和稳定性。     

基于瞬时频率转速提取算法的汽车排气噪声分析

对某卡车发动机排气噪声信号分帧处理,由短时自相关分析得到去除非转速相关随机噪声的信号序列,对该序列进行短时傅里叶变换得出时间-频率能量分布图;基于瞬时频率转速提取算法,利用改进谱峰值搜索法估计发动机瞬时频率进而得到转速曲线。利用该转速信息对原发动机排气噪声信号按等转速间隔切片进行谱阵图分析,确定发动机排气噪声与转速之间的对应关系,分析出主要阶次信息、敏感频率和转速,实现了基于瞬时频率估计转速提取算法的排气噪声分析,为排气系统的设计与优化提供理论参考。     

频谱泄漏校正的多频实信号频率估计算法

为抑制多频实信号中负频率频谱泄漏和正频率频谱间相互泄漏对频率估计的影响,提出一种频谱泄漏校正的频率估计算法。利用FFT法对采样信号进行预处理,得到每个分量的频谱索引;对信号频谱进行插值分析,构造所有负频率和非待估计正频率的频谱插值;采用相减策略将信号频谱插值和构造的频谱插值相减,得到抑制了频谱泄漏的待估计正频率频谱插值;对生成的频谱插值进行分析,得到各分量频谱偏移量估计值;经迭代计算得到各分量精确的频率、幅值和初相位估计值。在不同频率间隔、不同信噪比等条件下的仿真实验结果表明:所提算法具有良好的频率估计性能,有效抑制了频谱泄漏的影响,提高了多频实信号的频率估计精度,使得频率估计值的均方误差更接近于克拉美罗下限。此外,在LFMCW雷达实验平台上进行了测距实验,检验了所提算法的实际应用效果。     

Frequency-estimation-based signal-processing algorithm for white-light optical fiber Fabry-Perot interferometers

A novel signal-processing algorithm based on frequency estimation of the spectrogram of single-mode optical fiber Fabry-Perot interferometric sensors under white-light illumination is described. The frequency-estimation approach is based on linear regression of the instantaneous phase of an analytical signal, which can be obtained by preprocessing the original spectrogram with a bandpass filter. This method can be used for a relatively large cavity length without the need for spectrogram normalization to the spectrum of the light source and can be extended directly to a multiplexed sensor system. Experimental results show that the method can yield both absolute measurement with high resolution and a large dynamic range. Performance analysis shows that the method is tolerant of background noise and variations of the source spectrum.     

基于HHT的数控机床主轴振动监测系统的研制

为监测数控机床主轴的运行状态,针对机床主轴在工况条件变化或故障发生时振动信号的非平稳特性,研制基于HHT时频分析方法的数控机床主轴振动监测软、硬件系统。硬件系统包括基于FPGA主控模块与PC104总线的数据采集模块;软件系统包括时域波形监测与特征数据监测两模块,其中特征数据监测模块具有监测频谱分布及时频分布功能。为更直观、准确反映数控机床主轴振动信号的非平稳特性,提出基于HHT的主轴振动信号特征提取方法,实现对振动信号时频分布的实时监测。数控机床主轴振动信号测试结果表明,该系统在监测信号时域波形与频谱分布的同时,能利用HHT的瞬时频率描述特性,实现对数控机床主轴振动信号时频分布的实时监测。     

用多项式模型和自适应滤波估计瞬时频率

本文论述了非平稳信号瞬时频率(IF)的估计方法,包括基干最小均方误差(LMS)算法或递推最小二乘(RLS)算法的自适应IF估计方法和基于信号相位多项式模型的IF估计方法。对各种估计方法的估计方差与理论方差下限进行了比较。说明了,基于互Wigner分布的估计方法所需信噪比(SNR)门限值最低。在低SNR、短信号记录的情况下,用多项式相位模型与最大似然法可以获得比较可靠的IF估计。     

基于全相位预处理的时域多重信号分类波达方向估计方法

低信噪比下,针对宽带短脉冲情况下频域多重信号分类(MUSIC)中噪声子空间估计不稳定问题,提出一种基于全相位预处理的时域多重信号分类波达方向(DOA)估计方法。①对线列阵接收数据进行分组处理;②按搜索角度对各组数据进行相移预处理,并对各组数据预处理结果进行相加,得到一组新数据;③对线列阵接收数据在时域构建相移后的协方差矩阵,在更短数据长度下,稳定实现噪声子空间估计,并依据估计出的噪声子空间含有的正交特性,通过单位矩阵加法器得到相应空间谱估计值,实现波达方向估计。数值仿真和实测数据处理结果表明,相比频域MUSIC方法,该方法有效提高了线列阵接收数据协方差矩阵中信号含有量和信噪比,能够在更短数据长度情况下实现对噪声子空间的稳定估计,具有较好的稳定性和检测性能,提高了MUSIC方法在实际波达方向估计中的鲁棒性。     

基于HHT方法对紧邻既有隧道爆破振动信号的分析

为了研究爆破振动对紧邻既有隧道的影响,以京张高铁地下车站3条紧邻平行隧道的爆破振动信号为基础,采用HHT方法分析小间距隧道爆破时在紧邻既有隧道迎爆侧洞壁处的振动信号,绘制出实测爆破振动波形的Hilbert谱、边际谱和瞬时能量图,并对其进行分析。结果表明,在此工程情况下,振幅最大的频率主要集中在40 Hz;掏槽孔处爆破振动能量最大,在后续施工过程中需针对性采取控爆措施。     

应用希尔伯特黄变换的单矢量传感器多目标分辨研究

将希尔伯特黄变换与矢量信号处理相结合应用到水声领域,与传统方法相比有许多优势。在希尔伯特黄变换中本征模态函数是基于序列数据的局部时间尺度特征而得出。每个本征模态函数可以看作是信号中一个固有振荡模态,其对应于某个目标的固有振荡,希尔伯特黄变换用经验模态分解的方法将信号分解为多个本征模态函数,可以较好地将不同目标的能量分离。该变换得到的瞬时频率、瞬时能量和瞬时方位具有清晰的物理意义,信号的时间-频率-方位-能量的四维分布为多目标信号处理提供了丰富的信息量。与传统处理方法相比不仅有较好的目标分辨效果,而且适用于非线性和非平稳信号的处理。     

衍射光栅刻划机精密工作台定位特征识别试验研究

针对机械式衍射光栅刻划机精密定位工作台定位过程中产生的振动信号特性与光学性能指标（杂散光强度和波前质量）之间的关系,提出利用改进的Hilbert-Huang变换(HHT)获得的时频谱和边际谱对超精密工作台精定位特性进行研究。首先,给出了基于固有模态函数（IMF）筛选和瞬时频率差分求解的HHT信号处理算法。然后,设计了光学测量实验获得工作台50nm定位信号。最后,完成精密定位信号的特征提取和振动测试验证。结果表明:利用改进的HHT可以精确地完成精密定位信号的特征提取,从而为在衍射光栅的制造工艺中从根源上降低衍射光栅的杂散光强度和提高波前质量提供依据。     

复线隧道爆破振动信号的HHT分析

结合现场采集到的爆破信号,从实践验证HHT(Hilbert-Huang Transform)理论在爆破振动信号处理中的可行性。首先采用经验模态分解(EMD)提取爆破振动信号的固有模态函数(IMF)分量,对主成分分量作Hilbert变换,提取其包络曲线,得到实际延时爆破中的延时时间。再对原始信号经EMD得到的IMF分量进行Hilbert变换,得到信号的Hilbert能量谱,并从瞬时能量的角度研究了爆破振动不同频率的能量作用机理。从而验证了HHT方法的自适应强和高效性在爆破振动信号分析中的优良特性。