Hilbert-Huang變換及其在目標(biāo)方位估計(jì)和水聲通信中的應(yīng)用研究.pdf

1、具有時(shí)變特性的非平穩(wěn)信號(hào)廣泛的存在于各個(gè)領(lǐng)域中,要想揭示非平穩(wěn)信號(hào)的本征特征需要借助于各種時(shí)頻分析方法,而Hilbert-Huang變換方法是一種新穎的時(shí)頻分析方法,它可以不利用任何先驗(yàn)知識(shí)僅根據(jù)信號(hào)自身的特點(diǎn)自適應(yīng)的將任意復(fù)雜的非平穩(wěn)信號(hào)分解為若干個(gè)本征模態(tài)函數(shù)之和,每個(gè)本征模態(tài)函數(shù)在某一時(shí)刻只含有一個(gè)振動(dòng)模態(tài),因此可以得到具有物理意義的瞬時(shí)頻率。Hilbert-Huang變換方法具有自適應(yīng)分解信號(hào)和時(shí)頻分辨率高的突出特點(diǎn),相比與其他

2、的時(shí)頻分析方法,在非平穩(wěn)信號(hào)分析與處理中具有顯著的優(yōu)勢(shì),Hilbert-Huang變換方法自誕生以來(lái)就引起了人們極大的關(guān)注,人們紛紛使用這種方法來(lái)處理各領(lǐng)域內(nèi)的非平穩(wěn)數(shù)據(jù),目前Hilbert-Huang變換方法已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用到了科研與工程的各個(gè)領(lǐng)域中。
　　本文對(duì)Hilbert-Huang變換算法中的均值曲線擬合、端點(diǎn)效應(yīng)和模態(tài)混疊等問題進(jìn)行了研究,并提出了相應(yīng)的解決方案。論文中提出了一種利用分段高級(jí)樣條直接擬合均值曲線的方法,

3、該方法利用分段高階樣條獲得更精確的均值點(diǎn),對(duì)均值點(diǎn)序列直接進(jìn)行擬合來(lái)得到均值曲線,該方法使得使得EMD方法在篩選本征模態(tài)函數(shù)時(shí)可以獲得更為精確的均值曲線,從而實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的模態(tài)提取,同時(shí)相對(duì)于傳統(tǒng)的方法,該方法具有更快的分解速度。本文中對(duì)模態(tài)混疊問題也進(jìn)行了研究,分析了產(chǎn)生模態(tài)混疊現(xiàn)象的根本原因,提出了一種基于平移不變小波變換和EMD尺度濾波的消除模態(tài)混疊的方法,利用該方法可有效的剔除信號(hào)中引起模態(tài)混疊現(xiàn)象的高頻間斷信號(hào),從而達(dá)到克服模態(tài)混

4、疊現(xiàn)象的目的。傳統(tǒng)的Hilbert-Huang變換算法存在著運(yùn)算量過大的缺點(diǎn),為了使Hilbert-Huang變換算法在硬件上能夠?qū)崟r(shí)實(shí)現(xiàn),本文針對(duì)水聲信號(hào)處理中信號(hào)的特點(diǎn),對(duì)Hilbert-Huang變換方法從均值曲線擬合、端點(diǎn)效應(yīng)處理、篩選本征模態(tài)函數(shù)的終止條件、EMD分解的終止條件、計(jì)算Hilbert變換等幾個(gè)方面對(duì)其進(jìn)行了算法改進(jìn),使得在保證Hilbert-Huang變換性能的基礎(chǔ)上,大大減少了Hilbert-Huang變換算法

5、的運(yùn)算量。
　　針對(duì)水聲信號(hào)的特點(diǎn),本文將Hilbert-Huang變換應(yīng)用到水聲信號(hào)處理領(lǐng)域,發(fā)展了基于Hilbert-Huang變換的目標(biāo)方位估計(jì)方法和水聲通信方法。本文將Hilbert-Huang變換方法與矢量聲信號(hào)處理技術(shù)相結(jié)合,發(fā)展了一種基于Hilbert-Huang變換的目標(biāo)方位估計(jì)方法,該方法對(duì)矢量水聽器輸出的各路信號(hào)分別利用EMD方法進(jìn)行分解,再利用同階本征模態(tài)函數(shù)的解析信號(hào)得到復(fù)瞬時(shí)聲能流,從而得到某一目標(biāo)的瞬時(shí)

6、方位。該方法可以將矢量水聽器輸出的合成矢量信號(hào)分解為單分量信號(hào)之和,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)不同方位目標(biāo)的識(shí)別。
　　具有不同起始頻率和調(diào)頻斜率的兩個(gè)線性調(diào)頻信號(hào)在進(jìn)行合成的時(shí)候由于相位變化速度的不同,合成的信號(hào)中將出現(xiàn)一些局部反相的情況,造成附近出現(xiàn)小尺度信號(hào)的情況。對(duì)這樣的合成信號(hào)利用EMD進(jìn)行分解并利用Hilbert變換得到其一階本征模態(tài)函數(shù)的瞬時(shí)頻率曲線上將出現(xiàn)一些峰值,而采取一定的方法對(duì)合成后的信號(hào)進(jìn)行改造會(huì)使具有峰值的地方變得平坦甚