提高時(shí)頻分辨率對(duì)多分量非平穩(wěn)信號(hào)的分析與重建具有至關(guān)重要的作用。傳統(tǒng)的時(shí)頻分析方法由于窗口固定,分析頻率變化較快的信號(hào)時(shí)存在時(shí)頻聚集性不高的問題,無法自適應(yīng)分辨多分量信號(hào)。該文針對(duì)頻率快速變化信號(hào),利用信號(hào)的局部信息特征,提出一種自適應(yīng)的時(shí)頻同步壓縮變換算法。該方法有效提升了已有同步壓縮變換時(shí)頻分辨率,特別適用于頻率接近且快速變換的多分量信號(hào)。同時(shí),利用可分性條件,該文提出利用局部瑞利熵值對(duì)自適應(yīng)窗口參數(shù)進(jìn)行估計(jì)。最后,通過對(duì)合成信號(hào)和實(shí)測(cè)信號(hào)分析,證明了所提方法的可行性,對(duì)分析和重建復(fù)雜非平穩(wěn)信號(hào)具有重要意義。 

【文章來源】：電子與信息學(xué)報(bào). 2020,42(02)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

圖1兩分量線性調(diào)頻信號(hào)的各種時(shí)頻處理結(jié)果圖

圖1(c)為WVD時(shí)頻圖；圖1(d)—圖1(f)分別為自適應(yīng)STFT、自適應(yīng)FSST和自適應(yīng)2階FSST時(shí)頻圖。可以看出，自適應(yīng)STFT具有時(shí)變的分辨特性，自適應(yīng)FSST和自適應(yīng)2階FSST均比固定參數(shù)下的FSST能量聚集程度高，且自適應(yīng)2階FSST效果最佳。而WVD雖可以提高能量聚集性，但是存在交叉項(xiàng)干擾。圖2(a)為由本文時(shí)頻參數(shù)估計(jì)算法的處理結(jié)果，與圖1(d)—圖1(f)的結(jié)果相對(duì)應(yīng)。觀察圖2(a)，可以發(fā)現(xiàn)，窗口參數(shù)與時(shí)間呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，即窗口在頻率低的部分長(zhǎng)，在頻率高的部分短，實(shí)現(xiàn)了自適應(yīng)分析信號(hào)。同時(shí)，為了進(jìn)一步說明提出方法的可靠性，給信號(hào)加入不同強(qiáng)度的噪聲，信噪比分別為0dB,5dB,10dB,15dB,20dB和25dB。對(duì)比不同信噪比環(huán)境下各方法的全局瑞利熵值，其結(jié)果如圖2(b)所示。可以看出，本文提出的自適應(yīng)同步壓縮算法具有較高的能量聚集性。4.2實(shí)測(cè)信號(hào)分析為了驗(yàn)證方法的普適性，本文將其應(yīng)用于實(shí)測(cè)信號(hào)—蝙蝠回波信號(hào)[15]。該信號(hào)包含400個(gè)數(shù)據(jù)采樣點(diǎn)，采樣間隔為7ms，總采樣時(shí)間為2.8ms，波形如圖3(a)所示，頻譜如圖3(b)所示。可以看出，蝙蝠回波信號(hào)頻帶較寬，無法從頻譜圖中得知信號(hào)頻率隨時(shí)間的變化關(guān)系。圖3(c)—圖3(f)為采用不同方法對(duì)蝙蝠回波信號(hào)的分析結(jié)果。可以看出，蝙蝠回波信號(hào)是一個(gè)多分量信號(hào)，包含4個(gè)非線性圖2兩分量線性調(diào)頻信號(hào)的處理結(jié)果圖圖3蝙蝠回波信號(hào)的處理結(jié)果圖442電子與信息學(xué)報(bào)第42卷

圖1(c)為WVD時(shí)頻圖；圖1(d)—圖1(f)分別為自適應(yīng)STFT、自適應(yīng)FSST和自適應(yīng)2階FSST時(shí)頻圖�？梢钥闯觯赃m應(yīng)STFT具有時(shí)變的分辨特性，自適應(yīng)FSST和自適應(yīng)2階FSST均比固定參數(shù)下的FSST能量聚集程度高，且自適應(yīng)2階FSST效果最佳。而WVD雖可以提高能量聚集性，但是存在交叉項(xiàng)干擾。圖2(a)為由本文時(shí)頻參數(shù)估計(jì)算法的處理結(jié)果，與圖1(d)—圖1(f)的結(jié)果相對(duì)應(yīng)。觀察圖2(a)，可以發(fā)現(xiàn)，窗口參數(shù)與時(shí)間呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，即窗口在頻率低的部分長(zhǎng)，在頻率高的部分短，實(shí)現(xiàn)了自適應(yīng)分析信號(hào)。同時(shí)，為了進(jìn)一步說明提出方法的可靠性，給信號(hào)加入不同強(qiáng)度的噪聲，信噪比分別為0dB,5dB,10dB,15dB,20dB和25dB。對(duì)比不同信噪比環(huán)境下各方法的全局瑞利熵值，其結(jié)果如圖2(b)所示�？梢钥闯�，本文提出的自適應(yīng)同步壓縮算法具有較高的能量聚集性。4.2實(shí)測(cè)信號(hào)分析為了驗(yàn)證方法的普適性，本文將其應(yīng)用于實(shí)測(cè)信號(hào)—蝙蝠回波信號(hào)[15]。該信號(hào)包含400個(gè)數(shù)據(jù)采樣點(diǎn)，采樣間隔為7ms，總采樣時(shí)間為2.8ms，波形如圖3(a)所示，頻譜如圖3(b)所示�？梢钥闯觯鸹夭ㄐ盘�(hào)頻帶較寬，無法從頻譜圖中得知信號(hào)頻率隨時(shí)間的變化關(guān)系。圖3(c)—圖3(f)為采用不同方法對(duì)蝙蝠回波信號(hào)的分析結(jié)果。可以看出，蝙蝠回波信號(hào)是一個(gè)多分量信號(hào)，包含4個(gè)非線性圖2兩分量線性調(diào)頻信號(hào)的處理結(jié)果圖圖3蝙蝠回波信號(hào)的處理結(jié)果圖442電子與信息學(xué)報(bào)第42卷


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