相位振幅耦合和振幅振幅耦合信号处理的系统和方法技术方案

一种相位振幅耦合(PAC)和振幅振幅耦合(AAC)信号处理系统执行的方法，其中包括：用集合经验模态分解(EEMD)，将非平稳信号分解成多个固有模态函数(IMFs),检索IMFs的相函数和振幅函数，然后比较相函数和振幅函数，在时域中产生多个散射图。此外将散射图乘以调制指数，产生频谱。PAC集中在带有交叉耦合(CFC)不同频率的信号振荡，而AAC则是集中在没有CFC不同频率的信号振荡。以下信息将说明它们的不同部分。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种非平稳信号处理的系统和方法，用来产生有意义的量化值。
技术介绍
以前分析信号,特别是分析非线性和/或非平稳信号,是许多行业面临非常困难的问题。这些行业利用各种计算机实现方法来处理数据信号的测量或采取各种方法如电子，机械，光学，生物，化学方法。遗憾的是，以前的方法没有产生有物理意义的结果。发现在传统系统中的困难之一是，代表物理信号的物理过程可能存在以下一个或多个问题，例如数据跨度太短,非平稳数据和数据表现非线性过程。各种技术已经应用于非线性、非平稳的物理信号。例如,许多计算机实现方法是应用傅里叶变换检测信号的能量频率分布。尽管这些计算机应用傅里叶变换,在极其一般的情况下实现此方法是有效的,但有一些关键的限制:系统必须是线性的，并且数据必须严格周期性或平稳性,如果这些条件不能满足,那么产生的频谱将没有物理意义。例如，许多记录的物理信号是有限时间，非平稳，非线性，因为它们是来自物理过程，本质上或通过不完善探测或数值化方案相互作用的非线性。在上述情况下，应用傅里叶变换的计算机实现方法是限制使用的。由于缺乏替代方法，所以仍然用傅里叶变换去处理这些数据。总之，在这些方法中，滥用傅里叶变换，采用稳定和线性的假设可能会给出不准确的结果。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服应用傅里叶变换产生不准确结果的不足，公开一种分析固有模态函数(英文全称:intrinsic mode functions；简称：IMFs)的系统和方法,它提供基于IMFs相函数和振幅函数的频谱。相比滥用傅里叶变换去分析处理信号，频谱提供了更加可靠和准确的结果。简要介绍在一实施例中，执行系统中的相位振幅耦合信号处理方法。方法包含第一步，接受振幅和频率随时间变化的非平稳信号。第二步，用集合经验模态分解(英文全称:ensemble empirical mode decomposition；简称:EEMD)，将非平稳信号分解成多个固有模态函数，其中每个IMFs表示非平稳信号的一个频带分量，每个频带分量对应于其中一个IMFs分量。第三步，在感兴趣区域中选择第一IMF，检索第一IMF的相函数，获多个循环频率，其中每个第一IMF循环频率对应于整个循环的相函数增量。第四步，选择第二IMF，检索第二IMF的振幅函数，获得多个第二IMF循环频率，其中每个第二IMF循环频率对应于第二IMF的变量。第五步，在时域中，通过相函数与振幅函数的比较，产生散射图，其中散射图是基于第一循环频率对应于第二循环频率。所述方法还包括重复第四步到第五步，直到通过比较第一IMF相函数与每另一个IMF的振幅函数，产生散射图为止。另一实施例是振幅振幅耦合的方法。方法包含第一步,收到非平稳信号的振幅，并且频率随时间变化。第二步，用集合经验模态分解(EEMD)，将非平稳信号分解成多个固有模态函数(IMFs)，其中每个IMFs表示在非平稳信号中的一频带分量，每个频带分量对应其中一IMFs分量。第三步，感兴趣区域的第一IMF被EEMD分解成多个包络函数，其中每个包络函数表示在第一IMF的一包络频率，并且每个包络频率对应于其中一包络函数。第四步，从包络函数中选取第一包络函数，检索第一包络函数的相函数，获得多个第一IMF的包络循环频率，其中第一IMF包络循环频率对应于第一IMF循环间的变量。第五步，在频率高于第一IMF中的IMF选取第二IMFs，检索第二IMF的振幅函数，获取多个第二IMF循环频率，其中每个第二IMF循环频率对应于第二IMF的变量。第六步，在时域中，通过相函数与振幅函数比较产生散射图，其中散射图是基于第一IMF包络循环频率对应于第二IMF循环频率。最后第七步，重复第五步到第六步，直到比较第一包络函数的相函数与每另一个IMF频率高于第一IMF的振幅函数，产生散射图为止。本专利技术还提供相位振幅耦合信号处理的系统。该系统包括信号采集单元，信号处理单元，信号输出单元和信号比较。信号采集单元接收振幅和频率随时间变化的非平稳信号。信号处理单元与信号采集单元相连接，用集合经验模态分解(EEMD)，将非平稳信号分解成多个固有模态函数(IMFs)，其中每个IMFs表示在非平稳信号中的一个频带分量，每个频带分量对应于其中一个IMFs。相函数处理单元与信号处理单元相连接，选择感兴趣区域的第一IMF，检索第一IMF的相函数，获得多个第一循环频率，其中每个第一循环频率对应于整个循环的相函数增量。振幅函数处理单元与相函数处理单元相连接，选择第二IMF，检索第二IMF振幅函数，根据振 幅函数之间的变化，获得多个第二IMF循环频率。信号比较单元与振幅函数处理单元相连接，在时域中比较相函数与振幅函数，根据第一IMF循环频率对应于第二IMF循环频率，产生散射图，其中该系统从振幅函数处理单元到信号比较单元，重复信号处理，直到比较第一IMF相函数与每另一个IMF的振幅函数，产生散射图为止。另一实施例是振幅振幅耦合信号处理系统。该系统包括信号采集单元，信号处理单元，信号输出单元和信号比较。信号处理单元还包括第一和第二模式。信号采集单元接收振幅随时间变化的非平稳信号。信号处理单元与信号采集单元相连接，包括第一和第二模式，第一模式用集合经验模态分解，将非平稳信号分解成多个固有模态函数，其中每个IMF表示非平稳信号中的一个频带分量，每个频带分量对应于其中一个IMF分量；然后第二模式用EEMD，将第一感兴趣区域的IMF，分解成多个包络函数，其中每个包络函数表示在第一IMF的包络频率，每个包络频率对应于其中一包络函数。相函数处理单元与信号处理单元相连接，从包络函数选择第一包络函数，检索第一包络函数的相函数，获得多个第一IMF包络循环频率，其中每个第一IMF包络循环频率对应于第一IMF循环间的变量。振幅函数处理单元与相函数处理单元相连接，从频率高于第一IMF的IMFs中选择第二IMF，检索第二IMFs振幅函数，获得多个第二IMF的循环频率，其中每个第二IMF循环频率对应于第二IMF的变量。该系统还包括信号比较单元与信号处理单元相连接，通过比较相函数与振幅函数，在时域中产生散射图，其中散射图是基于第一IMF包络循环频率对应于第二IMF循环频率，其中系统从振幅函数处理单元到信号比较单元重复信号处理，直到通过比较第一包络IMF相函数与每另一个频率高于第一IMF的IMF振幅函数，产生散射图为止。通过查看以下附图和详细描述，本专利技术的其他系统，方法，特点和优势，对本领域技术人员将会或变得显而易见。其目的是，该描述包含了所有这些额外的系统，方法，特点和优点，它们都在本专利技术的范围内，并且被所附权利要求保护。附图说明图1是根据本专利技术一实施例的信号处理系统的方框图。图2是根据本专利技术一实施例的相位振幅耦合信号处理方法的示范步骤流程图。图3根据本专利技术一实施例说明了将非平稳信号分解成多个IMFs。图4是根据本专利技术一实施例说明了IMF的相函数图5根据本专利技术一实施例说明了IMF振幅函数。图6根据本专利技术一实施例，说明了在时域中比较相函数和振幅函数。图7根据本专利技术一实施例，说明了基于相函数和振幅函数之间比较的散射图排列。图8根据本专利技术一实施例，说明了基于散射图和调制指数相乘总和的频谱。图9根据本专利技术一实施例，说明确定第一和第二IMF循环频谱中的耦合频率坐标本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种相位振幅耦合信号处理方法，该方法包括：步骤1、接受振幅和频率随时间变化的非平稳信号；步骤2、用集合经验模态分解，将非平稳信号分解成多个固有模态函数(IMFs)，其中每个IMFs表示在非平稳信号的一个频带分量，并且每个频带分量对应其中一个IMFs；步骤3、选择感兴趣区域的第一IMF，检索第一IMF的相函数，获得多个第一IMF循环频率，其中每个第一IMF循环频率对应于整个循环相函数增量；步骤4、选择第二IMF，检索第二IMFs振幅函数，获得多个第二循环频率，其中每个第二IMF循环频率对应于第二IMF增量；且步骤5、比较相函数与振幅函数，在时域中产生散射图，其中散射图是基于第一IMF循环频率对应于第二IMF循环频率；步骤6、重复步骤4到步骤5，直到通过比较第一IMF相函数与每另一个IMF振幅函数，产生散射图为止。

【技术特征摘要】
2015.03.02 US 14/635,2681.一种相位振幅耦合信号处理方法，该方法包括：步骤1、接受振幅和频率随时间变化的非平稳信号；步骤2、用集合经验模态分解，将非平稳信号分解成多个固有模态函数(IMFs)，其中每个IMFs表示在非平稳信号的一个频带分量，并且每个频带分量对应其中一个IMFs；步骤3、选择感兴趣区域的第一IMF，检索第一IMF的相函数，获得多个第一IMF循环频率，其中每个第一IMF循环频率对应于整个循环相函数增量；步骤4、选择第二IMF，检索第二IMFs振幅函数，获得多个第二循环频率，其中每个第二IMF循环频率对应于第二IMF增量；且步骤5、比较相函数与振幅函数，在时域中产生散射图，其中散射图是基于第一IMF循环频率对应于第二IMF循环频率；步骤6、重复步骤4到步骤5，直到通过比较第一IMF相函数与每另一个IMF振幅函数，产生散射图为止。2.权利要求1所述方法，其中步骤5还包含：检索多个相函数的相本中心和多个振幅函数的振幅平均值，产生相位振幅分布，计算基于相位振幅分布的香农熵；且通过从最大香农熵，减去相位振幅香农熵，来计算库勒巴克-莱布勒(KL)距离，基于库勒巴克-莱布勒(KL)距离除以最大香农熵，计算非平稳信号分布指数的调制指数。3.权利要求2所述方法，其中步骤6还包含：散射图乘以相同IMFs的调制指数，产生多个关系点，合计在不同IMFs之间，同一时域的关系点，排列关系点总数产生在一个时间间隔里，基于第一IMF循环频率对应于第二循环频率的频谱。4.权利要求3所述方法，其中不同数量颜色范围表示关系点的总数。5.权利要求1所述方法，其中第一IMF循环频率是给定相位频率。6.权利要求1所述方法，其中第二IMF循环频率是振幅给定频率。7.一种振幅振幅耦合信号处理方法，该方法包括：步骤1、检索振幅和频率随时间变化的非平稳信号；步骤2、用集合经验模态分解法(EEMD)，将非平稳信号分解成多个固有模态函数(IMFs),其中每个IMFs表示在非平稳信号的一个频带分量，并且每个频带分量对应于其中一个IMFs；步骤3、用EEMD将感兴趣区域的第一IMF，分解成多个包络函数，其中每个包络函数表示在第一IMF的包络频率，并且每个包络频率对应于其中一个包络函数；步骤4、从包络函数选择第一包络函数，检索第一包络函数相函数，获得多个第一IMF包络循环频率，其中每个第一IMF包络循环频率对应于第一IMF循环间的变量；步骤5、从频率高于第一IMF的IMFs中选择第二IMF，检索第二IMFs的振幅函数，获得多个第二IMF循环频率，其中每个第二循环频率对应于第二IMF的变量；且步骤6、比较相函数和振幅函数，在时域中产生散射图，其中散射图是基于第一IMF包络循环频率对应于第二IMF循环频率；步骤7、重复步骤5至步骤6，直到通过比较第一包络函数相函数和每另一个频率高于第一IMF的IMF振幅函数，产生散射图为止。8.权利要求7所述方法，还包括步骤8：重复步骤4至步骤7，直到选择了每个包络函数为止。9.权利要求8所述方法，还包括步骤9：重复步骤3至步骤8，直到分解了每个感兴趣区域的IMF为止。10.权利要求7所述方法，其中步骤6还包括：检索多个相函数的相本中心和多个振幅函数的平均振幅值，产生相位振幅分布，计算基于相位振幅分布的香农熵；且通过从最大香农熵去相位振幅分布的香农熵，来计算库勒巴克-莱布勒(KL)距离，基于库勒巴克-莱布勒(KL)距离除以最大香农熵，计算非平稳信号分布指数的调制指数。11.权利要求10所述方法，步骤7还包括：在同一时域不同包络函数和IMF之间，检索合计散射图的数量；将每个数量乘以调制函数值，产生多个关系点；且在一个时间间隔内，基于第一IMF包络循环频率对应于第二IMF循环频率，排列关系点总数，产生频谱；通过将调制指数产品总数和多个每个包络函数的标准差，除以标准差总数，来计算调制函数值。12.权利要求11所述方法，其中不同数量颜色范围表示关系点总数。13.权利要求7所述方法，其中第一IMF循环频率是给定相位频率。14.权利要求7所述方法，其中第二IMF循环频率是给定振幅频率。15.一种相位振幅耦合信号处理系统：一个信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡琨，叶建宏，罗孟宗，
申请(专利权)人：杭州舍可迪生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33