一种EMD端点效应抑制方法及系统技术方案

本申请公开了一种EMD端点效应抑制方法，包括：接收原始信号；提取位于原始信号的目标端点处的特征波形，得到相应的目标特征波形；从原始信号中提取出与目标特征波形相似的所有相似波形，得到N个相似波形；其中，N为正整数；从原始信号中提取出每个相似波形对应的端点波形，得到相应的N个端点波形；对N个端点波形求平均，得到相应的平均波形；从平均波形中提取出延拓波形，并对延拓波形进行经验模态分解，得到相应的各个模态分量。本申请对经验模态分解的端点效应进行了更加有效的抑制。另外，本申请还公开了一种EMD端点效应抑制系统以及经验模态分解系统。

Method and system for inhibiting EMD end effect

The invention discloses a method for restraining the end effect of EMD, including: receiving the original signal; feature extraction of the target endpoint in the waveform of the original signal, the target feature waveform corresponding; extract is similar to the target feature waveform of all similar waveform from the original signal, N similar waveforms; among them, N is positive integer; extract the endpoint waveform similarity with each waveform from the original signal, N endpoint waveform corresponding to N; the average endpoint waveform, average waveform corresponding; average waveform extracted from continuation wave shape, and the extension of waveform empirical mode decomposition, each corresponding mode component the. The application of the empirical mode decomposition of the endpoint effect is more effective suppression. In addition, the invention also discloses a EMD end effect inhibition system and an empirical mode decomposition system.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及信号处理
，特别涉及一种EMD端点效应抑制方法及系统。
技术介绍
EMD方法(EMD，即EmpiricalModeDecomposition，经验模态分解)是一种非线性、非平稳信号分析方法。该方法的本质是对一个信号进行平稳化处理，其结果是将信号中存在的不同尺度下的波动或变化趋势逐级分解开来，产生一系列具有不同特征尺度的数据序列，每个序列称为一个特征模态函数。端点效应是制约经验模态分解发展的重要因素之一，端点效应具体是指在运用经验模态分解的过程中，因信号两端不一定是极值点，导致构成上、下包络的三次样条曲线在数据序列的两端出现发散现象，并且这种发散的结果会逐渐向内“污染”数据而使所得结果严重失真。针对经验模态分解端点效应问题，目前已经存在很多抑制的方法，常用的主流方法有镜像延拓法、自适应波形匹配法、积分延拓法等方法。这些方法虽然都能在一定程度上抑制经验模态分解的端点效应，但是同样也存在各自的缺陷，具体如下：1.镜像延拓法，通过把镜面放在两端的极值点处来实现信号的延拓，没有考虑到信号内部规律以及信号的整体变化趋势，在分析内部变化规律复杂的非平稳信号时不能得到较好的结果。2.自适应波形匹配法，从原始信号内部找出最符合信号趋势的波形对信号进行延拓，最大限度地维护信号内在的趋势，但是在对信号进行延拓时，只考虑了信号极值点信息，没有考虑信号内部非极值点信息，缺乏对信号的整体认识。3.积分延拓法，将信号自身波形与两端点处的特征波形相匹配，通过积分法选取与特征波形最为匹配的波形作为最佳匹配波形，通过将最佳匹配波形的左端或右端波形作为延拓波形来实现信号的延拓。积分延拓法利用积分法不仅考虑了信号极点信息同时也考虑到信号内部非极值点信息，但是实际情况下信号一般具有非线性、非平稳的特性，并且不可避免地混有噪声信号。若此时仍然以寻找最佳匹配波形来达到延拓波形的目的，则会产生两个严重的问题：首先，在混有噪声信号的实际信号中找到的最佳波形可能并不是真实的最佳波形；其次，对于非线性、非平稳信号，仅仅凭借单一的最佳波形可能并不能最大程度地表征信号端点的特征波形，也就不能仅仅凭借最佳波形的左端(对于左端点延拓而言)或右端(对于右端点延拓而言)波形的平移来进行相应的端点延拓以达到有效抑制端点效应的目的。综上所述可以看出，如何对经验模态分解的端点效应进行更加有效的抑制是目前还有待进一步解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种EMD端点效应抑制方法及系统，对经验模态分解的端点效应进行了更加有效的抑制。其具体方案如下：一种EMD端点效应抑制方法，包括：接收原始信号；提取位于所述原始信号的目标端点处的特征波形，得到相应的目标特征波形；从所述原始信号中提取出与所述目标特征波形相似的所有相似波形，得到N个相似波形；其中，N为正整数；从所述原始信号中提取出每个相似波形对应的端点波形，得到相应的N个端点波形；对所述N个端点波形求平均，得到相应的平均波形；从所述平均波形中提取出延拓波形，并对所述延拓波形进行经验模态分解，得到相应的各个模态分量。可选的，所述提取位于所述原始信号的目标端点处的特征波形的过程，包括：提取位于所述原始信号的左端点和/或右端点处的特征波形，得到相应的左端点特征波形和/或右端点特征波形。可选的，所述左端点特征波形的提取过程，包括：从左至右依次寻找所述原始信号上的左端点、第一个极值点和第二个极值点，得到相应的第一组坐标点，然后将所述第一组坐标点在所述原始信号上对应的波形提取出来，得到所述左端点特征波形；所述右端点特征波形的提取过程，包括：从右至左依次寻找所述原始信号上的右端点、第一个极值点和第二个极值点，得到相应的第二组坐标点，然后将所述第二组坐标点在所述原始信号上对应的波形提取出来，得到所述右端点特征波形。可选的，所述从所述原始信号中提取出与所述目标特征波形相似的所有相似波形的过程，包括：从所述原始信号中提取出与所述目标特征波形对应的所有匹配波形，得到M个匹配波形；其中，M为不小于N的整数；分别计算所述M个匹配波形中每个匹配波形的积分值，得到M个积分值；计算所述目标特征波形的积分值，得到所述目标特征波形的特征值；分别计算所述M个积分值中的每个积分值与所述特征值之间的差的绝对值，得到M个绝对值；从所述M个绝对值中筛选出数值小于预设阈值的所有绝对值，得到N个绝对值；从所述M个匹配波形中筛选出与所述N个绝对值对应的N个匹配波形，得到所述N个相似波形。可选的，所述从所述原始信号中提取出与所述目标特征波形对应的所有匹配波形的过程，包括：确定出所述原始信号中的所有极值点，并将位于所述目标特征波形上的两个极值点从所有极值点中去掉，得到剩余极值点；将所述剩余极值点中相邻的两个极值点提取出来，得到M对极值点；利用预设的波形端点时间坐标计算公式，计算所述M对极值点中每对极值点所对应的波形端点的时间坐标值，得到相应的M个时间坐标值；其中，所述波形端点时间坐标计算公式为：式中，和分别表示所述目标特征波形上的端点x1、第一个极值点m1和第二个极值点n1各自所对应的时间坐标值；和分别表示所述M对极值点的第i对极值点中的第一个极值点mi和第二个极值点ni各自所对应的时间坐标值；表示所述M对极值点的第i对极值点所对应的波形端点xi的时间坐标值；根据所述M个时间坐标值，确定出相应的M个波形端点；分别将所述M个波形端点中的每个波形端点与所述M对极值点中相应的一对极值点进行结合，得到M组坐标点；将所述M组坐标点在所述原始信号上对应的波形提取出来，得到所述M个匹配波形。可选的，所述预设阈值的取值范围为大于或等于0，并且小于或等于0.5。可选的，所述从所述原始信号中提取出每个相似波形对应的端点波形的过程，包括：从所述N个相似波形中筛选出与所述目标特征波形之间距离最近的相似波形，然后确定出该相似波形的波形端点与所述目标端点之间的距离，得到目标距离值；以所述目标距离值作为端点波形的提取长度基准值，分别提取所述N个相似波形所对应的端点波形，得到所述N个端点波形；其中，任一端点波形的长度均与所述目标距离值的大小相一致。可选的，所述从所述平均波形中提取出延拓波形的过程，包括：将从所述平均波形的第一端至第二端的方向作为寻找方向，依次从所述平均波形上寻找出相应的端点、第一个极值点和第二个极值点，得到第三组坐标点；将所述第三组坐标点在所述平均波形上对应的波形提取出来，得到所述延拓波形；其中，若所述目标特征波形为左端点特征波形，则所述平均波形的第一端和第二端分别为所述平均波形的右端和左端；若所述目标特征波形为右端点特征波形，则所述平均波形的第一端和第二端分别为所述平均波形的左端和右端。本专利技术还公开了一种EMD端点效应抑制系统，包括：信号接收模块，用于接收原始信号；特征波形提取模块，用于提取位于所述原始信号的目标端点处的特征波形，得到相应的目标特征波形；相似波形提取模块，用于从所述原始信号中提取出与所述目标特征波形相似的所有相似波形，得到N个相似波形；其中，N为正整数；端点波形提取模块，用于从所述原始信号中提取出每个相似波形对应的端点波形，得到相应的N个端点波形；波形平均模块，用于对所述N个端点波形求平均，得到相应的平均波形；延拓波形提取模块，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种EMD端点效应抑制方法，其特征在于，包括：接收原始信号；提取位于所述原始信号的目标端点处的特征波形，得到相应的目标特征波形；从所述原始信号中提取出与所述目标特征波形相似的所有相似波形，得到N个相似波形；其中，N为正整数；从所述原始信号中提取出每个相似波形对应的端点波形，得到相应的N个端点波形；对所述N个端点波形求平均，得到相应的平均波形；从所述平均波形中提取出延拓波形，并对所述延拓波形进行经验模态分解，得到相应的各个模态分量。

【技术特征摘要】
1.一种EMD端点效应抑制方法，其特征在于，包括：接收原始信号；提取位于所述原始信号的目标端点处的特征波形，得到相应的目标特征波形；从所述原始信号中提取出与所述目标特征波形相似的所有相似波形，得到N个相似波形；其中，N为正整数；从所述原始信号中提取出每个相似波形对应的端点波形，得到相应的N个端点波形；对所述N个端点波形求平均，得到相应的平均波形；从所述平均波形中提取出延拓波形，并对所述延拓波形进行经验模态分解，得到相应的各个模态分量。2.根据权利要求1所述的EMD端点效应抑制方法，其特征在于，所述提取位于所述原始信号的目标端点处的特征波形的过程，包括：提取位于所述原始信号的左端点和/或右端点处的特征波形，得到相应的左端点特征波形和/或右端点特征波形。3.根据权利要求2所述的EMD端点效应抑制方法，其特征在于，所述左端点特征波形的提取过程，包括：从左至右依次寻找所述原始信号上的左端点、第一个极值点和第二个极值点，得到相应的第一组坐标点，然后将所述第一组坐标点在所述原始信号上对应的波形提取出来，得到所述左端点特征波形；所述右端点特征波形的提取过程，包括：从右至左依次寻找所述原始信号上的右端点、第一个极值点和第二个极值点，得到相应的第二组坐标点，然后将所述第二组坐标点在所述原始信号上对应的波形提取出来，得到所述右端点特征波形。4.根据权利要求3所述的EMD端点效应抑制方法，其特征在于，所述从所述原始信号中提取出与所述目标特征波形相似的所有相似波形的过程，包括：从所述原始信号中提取出与所述目标特征波形对应的所有匹配波形，得到M个匹配波形；其中，M为不小于N的整数；分别计算所述M个匹配波形中每个匹配波形的积分值，得到M个积分值；计算所述目标特征波形的积分值，得到所述目标特征波形的特征值；分别计算所述M个积分值中的每个积分值与所述特征值之间的差的绝对值，得到M个绝对值；从所述M个绝对值中筛选出数值小于预设阈值的所有绝对值，得到N个绝对值；从所述M个匹配波形中筛选出与所述N个绝对值对应的N个匹配波形，得到所述N个相似波形。5.根据权利要求4所述的EMD端点效应抑制方法，其特征在于，所述从所述原始信号中提取出与所述目标特征波形对应的所有匹配波形的过程，包括：确定出所述原始信号中的所有极值点，并将位于所述目标特征波形上的两个极值点从所有极值点中去掉，得到剩余极值点；将所述剩余极值点中相邻的两个极值点提取出来，得到M对极值点；利用预设的波形端点时间坐标计算公式，计算所述M对极值点中每对极值点所对应的波形端点的时间坐标值，得到相应的M个时间坐标值；其中，所述波形端点时间坐标计算公式为：txi=tmi-(tni-tmi)(tm1-tx1)tn1-tm1;]]>式中，和分别表示...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宝，魏东梅，杨涛，陶栩，叶卫东，庞毅飞，卞长智，
申请(专利权)人：四川中烟工业有限责任公司，西南科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51