基于希尔伯特黄变换及其改进方法的信号分析研究与应用

发布时间：2017-04-18 07:13

  本文关键词：基于希尔伯特黄变换及其改进方法的信号分析研究与应用，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：希尔伯特黄变换是近年来兴起的一种新的分析非平稳信号的方法，不同于傅里叶变换要采用预先确定的基函数，它的核心是通过经验模态分解（EMD）得出一组基于信号自身的本征模态函数（IMF），通过对IMF作希尔伯特变换求其希尔伯特谱进行时频分析。尽管HHT具有自适应性、多分辨等独到的优势，非常适用于非线性、非平稳性信号的分析与应用，但是也有自身的劣势。 海洋大地电磁探测法是由陆地上移用过来的，，由于海洋环境的特殊性，海洋大地电磁信号不仅信号弱，易受噪声干扰，而且受海水运动影响，海洋背景复杂，信噪比低，本文依据海洋大地电磁信号的特点进行仿真，并对仿真信号进行了短时傅里叶变换、Winger-Ville分布、Choi-Williams分布、小波变换以及HHT，分析各种方法的时频聚集性和及时频分辨率，通过对比表明HHT有更高的自适应性和分辨率能够很好地处理海洋大地电磁信号。 接着本文针对EMD算法存在的模态混叠问题，提出EMD的改进方法——集成经验模态分解（EEMD），通过在信号中添加白噪声作为整体进行分解，使不同尺度的信号分量自动映射到合适的IMF上，利用白噪声零均值特性，消除白噪声对信号的影响，通过在海洋大地电磁模拟信号的应用说明EEMD对解决模态混叠有很好的效果。 最后海洋大地电磁仿真信号分别经EMD和EEMD后重构达到初步消噪，提取信号特征，经去噪前后Hlibert谱和边际谱结果对比可以知道，尽管经EMD去噪后能够压制大部分噪声，但是由于模态混叠现象，低频信号混乱，而经EEMD去噪后，不仅消除了绝大部分噪声，并且消除了由于模态混叠造成的低频混乱，低频部分谐波更少，更加清晰地呈现了海洋大地电磁信号的特征。
【关键词】：时频分析 EMD IMF HHT EEMD
【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：P631.325
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 引言9-13
• 1.1 研究的目的和意义9-10
• 1.2 国内外背景及其现状研究10-11
• 1.3 本文阐述的主要内容及安排11-12
• 1.3.1 主要内容11-12
• 1.3.2 结构安排12
• 1.4 本章小结12-13
• 第2章 希尔伯特黄变换的基本理论13-34
• 2.1 基本概念13-18
• 2.1.1 非平稳信号与时频分布13-15
• 2.1.2 希尔伯特变换15-16
• 2.1.3 本征模态函数（IMF）16-17
• 2.1.4 时间特征尺度17-18
• 2.2 经验模态分解原理18-29
• 2.2.1 筛选过程18-25
• 2.2.2 EMD分解的完备性和正交性25-29
• 2.3 希尔伯特谱分析理论29-33
• 2.4 本章小结33-34
• 第3章 传统时频方法在海洋大地电磁信号分析中的应用34-50
• 3.1 海洋大地电磁信号34-35
• 3.1.1 海水对海底电磁场的影响34
• 3.1.2 海洋大地电磁信号的特征34-35
• 3.2 海洋大地电磁信号的时频分析35-36
• 3.3 传统时频方法对海洋大地电磁信号的分析36-49
• 3.3.1 STFT变换36-38
• 3.3.2 Winger-Ville分布38-44
• 3.3.3 Choi-Williams分布44-45
• 3.3.4 小波变换45-49
• 3.4 本章小结49-50
• 第4章 HHT及其改进方法在海洋大地电磁信号分析中的应用50-71
• 4.1 海洋大地电磁信号的希尔伯特黄变换50-55
• 4.2 希尔伯特边际谱的物理意义55-57
• 4.2.1 Hilbert边际谱的线性性质55-56
• 4.2.2 希尔伯特边际谱的物理意义56-57
• 4.3 基于改进EMD在海洋大地电磁信号分析中的应用57-65
• 4.3.1 模态混叠58
• 4.3.2 EEMD方法的提出58-59
• 4.3.3 EEMD方法原理59-60
• 4.3.4 EEMD的参数分析60-62
• 4.3.5 基于EEMD分解的海洋大地电磁信号分析62-65
• 4.4 基于EMD和EEMD的HHT在海底大地电磁仿真信号去噪中的应用65-70
• 4.4.1 基于EMD的希尔伯特变换在海底大地电磁仿真信号去噪中的应用65-67
• 4.4.2 基于EEMD的希尔伯特变换在海底大地电磁仿真信号去噪中的应用5967-70
• 4.5 本章小结70-71
• 总结71-72
• 致谢72-73
• 参考文献73-76
• 攻读学位期间取得学术成果76

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 陈雨红;杨长春;曹齐放;李波涛;尚永生;;几种时频分析方法比较[J];地球物理学进展;2006年04期

2 何兰芳,王绪本,何展翔,李成方;MT时间序列的小波去噪分析[J];地震地质;2001年02期

3 周增建;王海;周渭;钱时祥;江炜宁;;希尔伯特——黄变换理论及其分辨率的研究[J];电子质量;2009年02期

4 李桐林;林君;刘福春;任人;曾孝箴;;国内外海洋大地电磁测深的发展综述[J];国外地质勘探技术;1998年04期

5 李秀坤;谢磊;秦宇;;应用希尔伯特黄变换的水下目标特征提取[J];哈尔滨工程大学学报;2009年05期

6 高云超;桑恩方;刘百峰;;基于经验模式分解的自适应去噪算法[J];计算机工程与应用;2007年26期

7 何展翔;余刚;;海洋电磁勘探技术及新进展[J];勘探地球物理进展;2008年01期

8 邓拥军,王伟,钱成春,王忠,戴德君;EMD方法及Hilbert变换中边界问题的处理[J];科学通报;2001年03期

9 刘海青,柳劲松;FOURIER分析和小波分析在信号时频分析中的特性比较[J];平原大学学报;2000年03期

10 朱爱民;李斌;陈炜;贾鹏;;时频分析综述及其应用[J];通信与广播电视;2006年04期

中国博士学位论文全文数据库 前3条

1 严家斌;大地电磁信号处理理论及方法研究[D];中南大学;2003年

2 王慧;HHT方法及其若干应用研究[D];合肥工业大学;2009年

3 蔡剑华;基于Hilbert-Huang变换的大地电磁信号处理方法与应用研究[D];中南大学;2010年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 时世晨;EEMD时频分析方法研究和仿真系统设计[D];华东师范大学;2011年

2 王强珠;时频分析方法在石南斜坡区地震数据处理中的应用研究[D];成都理工大学;2011年

3 朱郅志;HHT时频分辨算法研究与性能评估[D];中国科学技术大学;2011年

4 赵翠霞;基于Hilbert-Huang变换的时频分析方法研究[D];中国石油大学;2011年

5 高云超;希尔伯特—黄变换方法的仿真研究[D];哈尔滨工程大学;2005年

6 毋琦;改进HHT方法及其在故障信号分析中的应用[D];华北电力大学（北京）;2006年

7 刘欢;分频Hilbert-Huang变换对非平稳信号的分析应用[D];湖南大学;2007年

8 王伟;Hilbert-Huang变换及其在非平稳信号分析中的应用研究[D];华北电力大学（北京）;2008年

9 相小谊;基于Hilbert-Huang变换的信号分析及应用[D];西安电子科技大学;2008年

10 于彩霞;海洋可控源电磁法数据处理研究[D];中国地质大学（北京）;2010年

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本文编号：314290