基于经验模态的空化噪声调制特征提取方法

摘要

本发明公开了一种基于经验模态的空化噪声调制特征提取方法，针对短时空化噪声信号，先进行信号标准化，对标准化信号进行带通滤波获取空化噪声的带通信号，对带通信号进行包络检波获取包络信号、对包络信号进行低通滤波获取低频包络信号，利用经验模态分解将低频包络信号分解为多个本征模态函数(IMF)并评价选取最优的IMF，对最优IMF进行Hilbert变换得到其Hilbert谱，利用Hilbert谱计算各个时刻的瞬时频率，完成空化噪声调制特征提取。本方法利用经验模态分解的自适应性和Hilbert-Huang变换的高分辨率，克服了传统调制特征提取方法难以对短时、非平稳调制的空化噪声数据进行调制特征提取的缺点。

主权项

1.一种基于经验模态的空化噪声调制特征提取方法，其特征在于：针对短时空化噪声信号，先进行信号标准化，对标准化信号进行带通滤波获取空化噪声的带通信号，对带通信号进行包络检波获取包络信号，对包络信号进行低通滤波获取低频包络信号，利用经验模态分解将低频包络信号分解为多个本征模态函数IMF并评价选取最优的IMF，对最优IMF进行Hilbert变换得到其Hilbert谱，利用Hilbert谱计算各个时刻的瞬时频率，完成空化噪声调制特征提取，包括如下步骤：A.由水听器采集船舶螺旋桨空化噪声信号序列为s(n)，n＝0，1，..，N-1，空化噪声信号序列的采样频率为f_s，N≥f_s，对数据s(n)进行标准化处理，E{s(n)}是s(n)的均值，Std{s(n)}是s(n)的标准差；B.通过带通滤波器，对s₁(n)进行带通滤波，得到带通信号s₂(n)；C.对带通信号s₂(n)进行检波，得到包络信号s₃(n)；D.对包络信号s₃(n)进行低通滤波，得到低频包络信号s₄(n)；E.对低频包络信号s₄(n)进行用经验模态分解，得到k个IMF分量，步骤如下：E.1令r(n)＝s₄(n)，k＝0；E.2令h(n)＝r(n)，标准差SD＝1；E.3判断h(n)的极值数是否大于2，如果是，执行E.9，如果否，执行下一步；E.4分别找出h(n)的所有的极大值点和极小值点，利用三次样条插值，计算h(n)的上、下包络线h_max(n)和h_min(n)；E.5计算包络均值序列，E.6令h_pre(n)＝h(n)，h(n)＝h(n)-m(n)；E.7根据公式计算标准差SD；E.8如果SD＞0.2，则跳转执行E.3； E.9将h(n)作为一阶IMF保存为IMF_k(n)，k＝k+1；E.10r(n)＝r(n)-h(n)；E.11如果r(n)的极点数＞2，则执行E.2，否则到E.12；E.12模态分解结束，得到k个IMF分量IMF_i(n)，i＝0，1，...，k-1；F.在k个IMF中选择最优IMF，步骤如下：F.1计算各阶IMF_i(n)的功率谱，得到功率谱P_i(f)，i＝0，1，...，k-1，f＝0，1，...，N-1/2；F.2计算所有P_i(f)中的质量系数Q_i，F.3找出所有质量系数Q_i中最大值Q_m，0≤m≤k-1，此时IMF_m(n)即为最优IMF；G.利用Hilbert变换计算最优的IMF_m(n)的解析信号z(n)，通过解析信号z(n)计算各个时刻的瞬时频率F(l)，l＝0，1，...，N-2，F(l)即为获取空化噪声的瞬时调制频率，具体步骤如下，G.1对IMF_m(n)进行Hilbert变换，得到G.2构造解析信号此时，G.3计算解析信号z(n)的各个时刻瞬时频率F(l)，F(l)＝f_s×(θ(l+1)-θ(l))，l＝0，1，...，N-2，F(l)即本方法所要提取的调制特征。