一种多分量多项式相位信号的分离方法技术

本发明专利技术公开一种多分量多项式相位信号的分离方法，步骤是：步骤A，准备待检测处理的分量个数为NUM的多分量多项式相位信号，该信号以采样间隔1/fs进行离散化，得到s(n),1≤n≤N；步骤B，令ss(n)＝s(n)，number＝1；步骤C，用时频分析方法计算信号ss(n)的时频分布TFR(t,f)；步骤D，对信号的时频分布通过二维峰值搜索算法进行脊线提取，获得相位多项式信号的瞬时频率向量IF；步骤E，对步骤D获得的相位多项式信号瞬时频率向量IF进行解调频和滤波；步骤F，修正平滑后的瞬时频率向量Fsmooth(n)，得到最终的输出瞬时频率向量IF_Out(n)；步骤G，将信号ss(n)减去已提取出的分量Out_ss(n)，得到新的ss(n)；number＝number+1；如果number≤NUM，跳转至步骤C；否则，分离程序结束。此种方法能够克服传统的分离方法不能在多分量下有效分离多项式相位信号的问题。

A method for separating multicomponent polynomial phase signals

The invention discloses a method for separating multi-component polynomial phase signals. The steps are: step A, preparing multi-component polynomial phase signals with NUM number of components to be detected and processed, discretizing the signals by sampling interval 1/fs, obtaining s (n), 1 < n < N; step B, making s s (n) = s (n), number = 1; The time-frequency distribution TFR (t, f) of the signal SS (n) is calculated by the analysis method; step D, the time-frequency distribution of the signal is extracted by the two-dimensional peak search algorithm, and the instantaneous frequency vector IF of the phase polynomial signal is obtained; step E, the instantaneous frequency vector IF of the phase polynomial signal obtained by step D is demodulated and filtered; The final output instantaneous frequency vector IF_Out (n) is obtained by modifying the smoothed instantaneous frequency vector Fsmooth (n); step G, the signal SS (n) is subtracted from the extracted component Out_ss (n), and a new SS (n); number = number + 1; if number < NUM, jump to step C; otherwise, the separation program ends. This method can overcome the problem that traditional separation methods can not effectively separate polynomial phase signals in multi-component.

【技术实现步骤摘要】
一种多分量多项式相位信号的分离方法
本专利技术涉及一种多项式相位信号模型，特别涉及一种基于时频分布的多分量多项式相位信号分离方法。
技术介绍
多分量多项式相位信号的分离方法能够很好地实现在时-频平面上存在交点信号之间的分离，也能实现只在一段时间内存在的相位信号的分离。多项式相位信号具有非平稳的特性，在自然界或无线通信、雷达、地震、生物医学等领域有广泛的应用。多项式相位信号可分为单分量、多分量、高信噪比、低信噪比等情况。单分量和高信噪比前提下的多项式相位信号分析具有较完善的理论，但是这样的传统分析理论不适用于多分量、低信噪比和非高斯噪声环境下的相位信号分离。因此这方面的研究具有现实意义。B.Barkat和K.Abed-Meraim首先在《AlgorithmsforBlindComponentsSeparationandExtractionfromtheTime-FrequencyDistributionofTheirMixture》中估计了分量的个数、进行分量分离，然后进行脊提取和脊路径重组，并使用一个给定的混合信号的无交叉项TFD来分离所有的分量。李宏坤在《基于时频分布的欠定信号盲分离与微弱特征提取》中基于时频分析的盲源分离方法，结合时频分析对非平稳信号分析的优势进行分离。向强等在《基于线性正则变换的时频信号分离方法》中把在时频面互不重叠，但在时域和频域均存在较强耦合的多分量合成信号进行分离。上述方法中，当信号的相位多项式阶数较高或信号分量数目较多时，会存在过多的交叉项干扰，因此具有一定的局限性。
技术实现思路
本专利技术的目的，在于提供一种多分量多项式相位信号的分离方法，能够克服传统的分离方法不能在多分量下有效分离多项式相位信号的问题。为了达成上述目的，本专利技术的解决方案是：一种多分量多项式相位信号的分离方法，包括如下步骤：步骤A，准备待检测处理的分量个数为NUM的多分量多项式相位信号，该信号以采样间隔1/fs进行离散化，得到s(n),1≤n≤N，其中，fs为采样频率，N为数据长度；步骤B，令ss(n)＝s(n)，number＝1；步骤C，用时频分析方法计算信号ss(n)的时频分布TFR(t,f)，其中，t为时频分布时间方向上的矢量，长度为N；f为时频分布频率方向上的矢量，长度为M，M为进行时频分析时FFT变换的频率点数；步骤D，对信号的时频分布通过二维峰值搜索算法进行脊线提取，获得相位多项式信号的瞬时频率向量IF；步骤E，对步骤D获得的相位多项式信号瞬时频率向量IF进行解调频和滤波；步骤F，修正平滑后的瞬时频率向量Fsmooth(n)，得到最终的输出瞬时频率向量IF_Out(n)；步骤G，将信号ss(n)减去已提取出的分量Out_ss(n)，得到新的ss(n)；number＝number+1；如果number≤NUM，跳转至步骤C；否则，分离程序结束。上述步骤D的具体步骤是：步骤D-1，设置频率搜索范围delta，搜索脊线峰值时的幅度门限值thres，求脊线斜率时两点之间的时间间隔tdis；步骤D-2，对所得到的时频分布取绝对值，并寻找TFR(t,f)最大值所对应的时间t0和频率f0；步骤D-3，对时频分布进行归一化，得到归一化后的时频分布TFD(t,f)；步骤D-4，设置时频信号分量的起始时刻为tstart，结束时刻tend，设置出现时频断点时的频率搜索范围初始值delta0，令估计的相位多项式信号分量瞬时频率向量为IF，长度为N，并令IF(t0)＝f0；步骤D-5，以时频分布最大值为起点，先在时间轴方向向右搜索；设时间搜索变量j＝t0+1，频率搜索变量fR为f0；步骤D-6，如果j&gt;N，跳转至步骤D-8，否则，确定频率搜索范围的上下界，其中low为频率搜索范围的下界，low＝max{fR-delta,1}，up为频率搜索范围的上界，up＝min{fR+delta,M}；在上下界范围内以设定的门限thres寻找脊线峰值，提取其在j时刻脊线峰值对应的频率向量Fj(i)，其中i为峰值个数；步骤D-7，对提取的脊线峰值频率向量Fj(i)进行分析处理；步骤D-8，以时频分布最大值为起点，再在时间轴方向向左搜索，设时间搜索变量k＝t0-1，频率搜索变量fL为f0；步骤D-9，如果k&lt;1，跳转至步骤E；否则，确定频率搜索范围的上下界，其中low为频率搜索范围的下界，low＝max{fL-delta,1}，up为频率搜索范围的上界，up＝min{fL+delta,M}；在上下界范围内以设定的门限thres寻找脊线峰值，提取其在k时刻脊线峰值对应的频率向量Fk(i)，其中i为峰值个数；步骤D-10，对提取的脊线峰值频率向量Fk(i)进行分析处理。上述步骤D-7中，对提取的脊线峰值频率向量Fj(i)进行分析处理的具体过程是：当没有出现脊线峰值，即i＝0时，将结束时刻修改为tend＝j-1，令jj＝j；步骤D-7-1，如果jj&gt;N，跳转至步骤D-8，否则，重新确定频率搜索范围的上下界，其中频率下界low＝max{fR-delta0,1}，频率上界up＝min{fR+delta0,M}；在此上下界频率范围内求TFD(t,f)最大值，并提取其对应的频率fR，令IF(j)＝fR，j＝j+1，jj＝jj+1；步骤D-7-2，如果TFD(t,f)最大值大于门限值thres，将结束时刻修改为tend＝N，并跳出当前循环至步骤D-6，否则，跳转至步骤D-7-1；当出现一个脊线峰值，即i＝1时，令IF(j)＝Fj(1)，j＝j+1，跳转至步骤D-6；当出现多个脊线峰值，即i&gt;1时，如果j-t0≥2·tdis，则计算频率向量的斜率差dis1(i)：取dis1(i)最小值对应的频率fR，并令IF(j)＝fR，j＝j+1，返回步骤D-6；如果j-t0&lt;2·tdis，则计算频率向量的距离dis2(i)：dis2(i)＝abs[Fj(i)-IF(j-1)]取dis2(i)最小值对应的频率fR，并令IF(j)＝fR，j＝j+1，返回步骤D-6。上述步骤D-10中，对提取的脊线峰值频率向量Fk(i)进行分析处理进行分析处理的具体过程是：当没有出现脊线峰值，即i＝0时，将开始时刻修改为tstart＝k+1，kk＝k；步骤D-10-1，如果kk&lt;1，跳转至步骤E，否则，重新确定频率搜索范围的上下界，其中频率下界low＝max{fL-delta0,1}，频率上界up＝min{fL+delta0,M}；在此频率上下界范围内求TFD(t,f)最大值，并提取其对应的频率fL，令IF(k)＝fL，k＝k-1，kk＝kk-1；步骤D-10-2，如果最大值大于门限值thres，将开始时刻修改为tstart＝1，并跳出当前循环至步骤D-9，否则，跳转至步骤D-10-1；当出现一个脊线峰值，即i＝1时，令IF(k)＝Fk(1)，k＝k-1，跳转至步骤D-9；当出现多个脊线峰值，即i&gt;1时，如果N-k≥2·tdis，则计算频率向量的斜率差dis3(i)：取dis3(i)最小值对应的频率fL，并令IF(k)＝fL，k＝k-1，跳转至步骤D-9；如果N-k&lt;2·本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多分量多项式相位信号的分离方法，其特征在于包括如下步骤：步骤A，准备待检测处理的分量个数为NUM的多分量多项式相位信号，该信号以采样间隔1/fs进行离散化，得到s(n),1≤n≤N，其中，fs为采样频率，N为数据长度；步骤B，令ss(n)＝s(n)，number＝1；步骤C，用时频分析方法计算信号ss(n)的时频分布TFR(t,f)，其中，t为时频分布时间方向上的矢量，长度为N；f为时频分布频率方向上的矢量，长度为M，M为进行时频分析时FFT变换的频率点数；步骤D，对信号的时频分布通过二维峰值搜索算法进行脊线提取，获得相位多项式信号的瞬时频率向量IF；步骤E，对步骤D获得的相位多项式信号瞬时频率向量IF进行解调频和滤波；步骤F，修正平滑后的瞬时频率向量Fsmooth(n)，得到最终的输出瞬时频率向量IF_Out(n)；步骤G，将信号ss(n)减去已提取出的分量Out_ss(n)，得到新的ss(n)；number＝number+1；如果number≤NUM，跳转至步骤C；否则，分离程序结束。

【技术特征摘要】
1.一种多分量多项式相位信号的分离方法，其特征在于包括如下步骤：步骤A，准备待检测处理的分量个数为NUM的多分量多项式相位信号，该信号以采样间隔1/fs进行离散化，得到s(n),1≤n≤N，其中，fs为采样频率，N为数据长度；步骤B，令ss(n)＝s(n)，number＝1；步骤C，用时频分析方法计算信号ss(n)的时频分布TFR(t,f)，其中，t为时频分布时间方向上的矢量，长度为N；f为时频分布频率方向上的矢量，长度为M，M为进行时频分析时FFT变换的频率点数；步骤D，对信号的时频分布通过二维峰值搜索算法进行脊线提取，获得相位多项式信号的瞬时频率向量IF；步骤E，对步骤D获得的相位多项式信号瞬时频率向量IF进行解调频和滤波；步骤F，修正平滑后的瞬时频率向量Fsmooth(n)，得到最终的输出瞬时频率向量IF_Out(n)；步骤G，将信号ss(n)减去已提取出的分量Out_ss(n)，得到新的ss(n)；number＝number+1；如果number≤NUM，跳转至步骤C；否则，分离程序结束。2.如权利要求1所述的一种多分量多项式相位信号的分离方法，其特征在于：所述步骤D的具体步骤是：步骤D-1，设置频率搜索范围delta，搜索脊线峰值时的幅度门限值thres，求脊线斜率时两点之间的时间间隔tdis；步骤D-2，对所得到的时频分布取绝对值，并寻找TFR(t,f)最大值所对应的时间t0和频率f0；步骤D-3，对时频分布进行归一化，得到归一化后的时频分布TFD(t,f)；步骤D-4，设置时频信号分量的起始时刻为tstart，结束时刻tend，设置出现时频断点时的频率搜索范围初始值delta0，令估计的相位多项式信号分量瞬时频率向量为IF，长度为N，并令IF(t0)＝f0；步骤D-5，以时频分布最大值为起点，先在时间轴方向向右搜索；设时间搜索变量j＝t0+1，频率搜索变量fR为f0；步骤D-6，如果j&gt;N，跳转至步骤D-8，否则，确定频率搜索范围的上下界，其中low为频率搜索范围的下界，low＝max{fR-delta,1}，up为频率搜索范围的上界，up＝min{fR+delta,M}；在上下界范围内以设定的门限thres寻找脊线峰值，提取其在j时刻脊线峰值对应的频率向量Fj(i)，其中i为峰值个数；步骤D-7，对提取的脊线峰值频率向量Fj(i)进行分析处理；步骤D-8，以时频分布最大值为起点，再在时间轴方向向左搜索，设时间搜索变量k＝t0-1，频率搜索变量fL为f0；步骤D-9，如果k&lt;1，跳转至步骤E；否则，确定频率搜索范围的上下界，其中low为频率搜索范围的下界，low＝max{fL-delta,1}，up为频率搜索范围的上界，up＝min{fL+delta,M}；在上下界范围内以设定的门限thres寻找脊线峰值，提取其在k时刻脊线峰值对应的频率向量Fk(i)，其中i为峰值个数；步骤D-10，对提取的脊线峰值频率向量Fk(i)进行分析处理。3.如权利要求2所述的一种多分量多项式相位信号的分离方法，其特征在于：所述步骤D-7中，对提取的脊线峰值频率向量Fj(i)进行分析处理的具体过程是：当没有出现脊线峰值，即i＝0时，将结束时刻修改为tend＝j-1，令jj＝j；步骤D-7-1，如果jj&gt;N，跳转至步骤D-8，否则，重新确定频率搜索范围的上下界，其中频率下界low＝max{fR-delta0,1}，频率上界up＝min{fR+delta0,M}；在此上下界频率范围内求TFD(t,f)最大值，并提取其对应的频率fR，令IF(j)＝fR，j＝j+1，jj＝jj+1；步骤D-7-2，如果TFD(t,f)最大值大于门限值thres，将结束时刻修改为tend＝N，并跳出当前循环至步骤D-6，否则，跳转至步骤D-7-1；当出现一个脊线峰值，即i＝1时，令IF(j)＝Fj(1)，j＝j+1，跳转至步骤D-...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵杰，程永亮，张颐婷，张善章，刘姝，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32