一种基于梯度比较的经验小波变换频域划分方法技术

本发明专利技术属于信号处理技术领域，具体涉及一种基于梯度比较的经验小波变换频域划分方法，包括：采集待分析的信号，并对采集的信号进行快速傅里叶变换以获得采集的信号的频谱数据；通过计算得到信号频谱的包络线，并提取信号的主频点；选取一定的频率步长s和梯度阈值t；选取相邻的两个主频点进行逐步的梯度计算，得到该相邻的两个主频点之间的频带分界点；照梯度计算结果得到的频带分界点进行该相邻的两个主频点之间的频域划分；找出所有两个相邻的主频点之间的频率分界点，按照找出的频率分界点完成对所有两个相邻的主频点之间的频域划分。本发明专利技术可以以较小的计算复杂度实现更加精确的信号频域划分，进而改善经验小波变换的信号分析效果。分析效果。分析效果。

【技术实现步骤摘要】
一种基于梯度比较的经验小波变换频域划分方法


[0001]本专利技术属于信号处理
，具体涉及一种基于梯度比较的经验小波变换频域划分方法。

技术介绍

[0002]经验小波变换将经验模态分解和小波变换技术结合，是一种对非稳定信号有较好效果的信号分析方法。相较于传统的小波变换技术，经验小波变换并不遵照固定的频率分辨率对信号进行不同尺度的分解，而是借助经验模态分解的思路，根据信号频谱特征将信号频域划分为若干区间，并分别对各个区间进行变换分解。
[0003]由此可见，不同的频域划分方法对经验小波变换的结果有着决定性的影响，进而决定了能否准确的分析信号中值得关注的分量。频域划分方法可以分为两步：
①
按一定算法选取频谱中特定的极大值点作为峰值点；
②
依据峰值点位置进行频域划分。针对
②
，传统的方法是直接取各峰值点的频域中点作为划分频率。这种方法没有考虑到不同信号分量存在不同的频谱泄露强度，对不同泄露强度的信号，这种方法可能会造成信号的缺失或者干扰的引入。

技术实现思路

[0004]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种基于梯度比较的经验小波变换频域划分方法，主要专利技术目的在于解决现有频域划分算法不够精确，可能造成信号分析效果不理想的问题，通过梯度比较的方法实现更为优化的频域划分方案。
[0005]具体技术方案如下：
[0006]一种基于梯度比较的经验小波变换频域划分方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0007]步骤S1，采集待分析的信号，并对采集的信号进行快速傅里叶变换以获得采集的信号的频谱数据；
[0008]步骤S2，通过计算得到信号频谱的包络线，并提取信号的主频点；
[0009]步骤S3，选取一定的频率步长s和梯度阈值t；
[0010]步骤S4，选取相邻的两个主频点进行逐步的梯度计算，得到该相邻的两个主频点之间的频带分界点；
[0011]步骤S5，照梯度计算结果得到的频带分界点进行该相邻的两个主频点之间的频域划分；
[0012]步骤S6，重复步骤S4
‑
S5，找出所有两个相邻的主频点之间的频率分界点，按照找出的频率分界点完成对所有两个相邻的主频点之间的频域划分，如此实现采集的信号的整个频域划分完成。
[0013]优选地，所述步骤S2中计算得到信号频谱的包络线的方法为：选取原信号的峰值点，然后在峰值点间采用插值的方法形成包络。
[0014]优选地，所述步骤S2中提取信号的主频点具体包括以下步骤：
[0015]步骤S21，计算得到包络线中的各个极大值点；
[0016]步骤S22，计算包络线中的各极大值点的动态测度a；
[0017]步骤S23，计算各极大值点的凹凸度b；
[0018]步骤S24，设定信号的动态测度权重w
a
、凹凸度权重w
b
、频率阈值函数t(f)；
[0019]步骤S25，根据设定的动态测度权重w
a
、凹凸度权重w
b
以及步骤S4和步骤S5计算得到的各极大值点的动态测度a和凹凸度b计算各极大值点的测量值的加权平均值m，并与对应的频率阈值函数t(f)进行比较，若是极大值点的测量值的加权平均值m大于等于对应频率阈值函数的值，则对应频率点f为主频率点。
[0020]优选地，所述步骤S22中对于某一任一极大值点的动态测度a为其频率点到在频谱的包络线上的值大于等于其值的最近的对应频率点的距离。
[0021]优选地，所述步骤S24中极大值点的凹凸度b为包络线上对应的点与其前后相邻两点的值的平均值的差与该点的比值，即，对于包络线上连续的三点A1、A2、A3，A2的凹凸度为：
[0022][0023]优选地，所述步骤S25中极大值点的测量值的加权平均值m的计算方式如下：
[0024][0025]优选地，所述步骤S21中包络中的极大值点通过以下方式判断：计算包络中各点的二阶导数，若是二阶导数小于零的点是极大值点。
[0026]优选地，所述步骤S4具体包括以下步骤：
[0027]步骤S41，设两个相邻的主频点分别为点C0(f
c0
,c0)、点D0(f
d0
,d0),且f
c0
＜f
d0
；
[0028]步骤S42，由主频点C0的频率f
c0
出发，朝向主频点D0跨过频率步长s，得到点C1，则点C1的频率为f
c1
＝f
c0
+s，则点C1为(f
c1
,c1)；
[0029]步骤S43，计算点C1和点C0间的梯度g
c1
：
[0030]g
c1
＝(c0‑
c1)/s；
[0031]步骤S44，比较g
c1
和梯度阈值t之间的关系，若是g
c1
＜t，则计算结束，以点C1的频率f
c1
作为上频率划分点f
cs
；
[0032]步骤S45，若是g
c1
≥t，则以点C1的频率f
c1
出发，重复步骤S42
‑
步骤S44，直至g
ci
＜t，则f
ci
＝f
c0
+i*s，并以点C
i
的频率f
ci
作为上频率划分点f
cs
；i为迭代次数，为正整数，且
[0033]步骤S46，由主频点D0的频率f
d0
出发，朝向主频点C0跨过频率步长s，得到点D1，则点D1的频率为f
d1
＝f
d0
‑
s，则点D1为(f
d1
,d1)；
[0034]步骤S47，计算点D1和点D0间的梯度g
d1
：
[0035]g
d1
＝(d0‑
d1)/s；
[0036]步骤S48，比较g
d1
和梯度阈值t之间的关系，若是g
d1
＜t，则计算结束，以点D1的频率f
d1
作为上频率划分点f
ds
；
[0037]步骤S49，若是g
d1
≥t，则以点D1的频率f
d1
出发，重复步骤S46
‑
步骤S48，直至g
di
＜t，则f
di
＝f
d0
‑
i*s，并以点D
i
的频率f
di
作为下频率划分点f
ds
；i为迭代次数，为正整数，且
[0038]步骤S410，计算两个相邻的主频点C0和点D0之间的频率分界点f
h
＝(f
cs...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于梯度比较的经验小波变换频域划分方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，采集待分析的信号，并对采集的信号进行快速傅里叶变换以获得采集的信号的频谱数据；步骤S2，通过计算得到信号频谱的包络线，并提取信号的主频点；步骤S3，选取一定的频率步长s和梯度阈值t；步骤S4，选取相邻的两个主频点进行逐步的梯度计算，得到该相邻的两个主频点之间的频带分界点；步骤S5，照梯度计算结果得到的频带分界点进行该相邻的两个主频点之间的频域划分；步骤S6，重复步骤S4
‑
S5，找出所有两个相邻的主频点之间的频率分界点，按照找出的频率分界点完成对所有两个相邻的主频点之间的频域划分，如此实现采集的信号的整个频域划分完成。2.根据权利要求1所述的一种基于梯度比较的经验小波变换频域划分方法，其特征在于，所述步骤S2中计算得到信号频谱的包络线的方法为：选取原信号的峰值点，然后在峰值点间采用插值的方法形成包络。3.根据权利要求1所述的一种基于梯度比较的经验小波变换频域划分方法，其特征在于，所述步骤S2中提取信号的主频点具体包括以下步骤：步骤S21，计算得到包络线中的各个极大值点；步骤S22，计算包络线中的各极大值点的动态测度a；步骤S23，计算各极大值点的凹凸度b；步骤S24，设定信号的动态测度权重w
a
、凹凸度权重w
b
、频率阈值函数t(f)；步骤S25，根据设定的动态测度权重w
a
、凹凸度权重w
b
以及步骤S4和步骤S5计算得到的各极大值点的动态测度a和凹凸度b计算各极大值点的测量值的加权平均值m，并与对应的频率阈值函数t(f)进行比较，若是极大值点的测量值的加权平均值m大于等于对应频率阈值函数的值，则对应频率点f为主频率点。4.根据权利要求3所述的一种基于梯度比较的经验小波变换频域划分方法，其特征在于，所述步骤S22中对于某一任一极大值点的动态测度a为其频率点到在频谱的包络线上的值大于等于其值的最近的对应频率点的距离。5.根据权利要求3所述的一种基于梯度比较的经验小波变换频域划分方法，其特征在于，所述步骤S24中极大值点的凹凸度b为包络线上对应的点与其前后相邻两点的值的平均值的差与该点的比值，即，对于包络线上连续的三点A1、A2、A3，A2的凹凸度为：6.根据权利要求3所述的一种基于梯度比较的经验小波变换频域划分方法，其特征在于，所述步骤S25...

【专利技术属性】
技术研发人员：周柯，金庆忍，王晓明，莫枝阅，俞小勇，
申请(专利权)人：广西电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：